罗明亚

(云南电网有限责任公司丽江供电局，云南丽江，674100)

0 前言

配电网作为电力系统的重要组成部分，是地区重要的基础设施，也是连接电源与用户之间的枢纽。配电网可以为地区经济社会发展和人民生活水平的提高提供优质的电力供应，与此同时，电能质量也制约企业发展和社会进步的速度。因此，配电网的供电可靠性不仅可以用来反映电力行业对国民经济电力需求的满足程度，而且已经成为衡量一个国家经济发展的标准之一[1,2]。随着用电需求的急速增加，传统的接线模式已经无法调节单相负荷差异化增长带来的三相不平衡问题，导致配网台区终端的电能质量较差，达不到用户预期效果，对社会经济发展以及居民的日常生活带来严重的威胁和挑战[3]。因此对典型配网台区的三相不平衡问题的产生原因进行分析，寻找更为高效的治理方式对于提升电网的供电水平以及改善终端的电能质量具有重要的意义。

1 配电网三相不平衡分析

1.1 三相不平衡现象的产生原因

随着配电网的快速发展以及用户终端对于电力的需求增长，配网台区的三相不平衡现象对电网的稳定运行带来严峻的挑战。本文将结合电网发展现状以及用户负荷变化等角度进行考虑，从以下几个方面对其产生的原因进行分析。

（1）针对飞速发展的电网建设以及电力需求，传统的网架结构已经满足不了日益增长的电力需求，无法解决网络损耗对电能质量的影响，从而导致三相负荷不平衡问题普遍存在。

（2）随着用电需求的不断增长，负荷之间的差异也随之变大，因为传统的供电方式忽略了负荷差异对于中性线电流的影响，所以传统的三相四线制供电方式会造成低压配网台区的三相不平衡现象。

（3）随着社会经济的不断增长，用户终端的种类也变得更加复杂，不同的用电习惯使得电网中单相负荷差异化增长，从而加剧了三相不平衡问题。

（4）供电公司的运行管理人员缺乏相关的理论知识，对三相不平衡问题的产生原因以及危害缺乏全面的认知，导致三相不平衡问题的调节平衡效果较差。

1.2 三相不平衡的危害

对典型电网台区的运行现状进行分析，可以发现三相不平衡对电网的危害主要体现在以下几个方面：

（1）电网出现三相不平衡现象时，会降低配电网的供电可靠性，对某些电力设备造成不可逆的损害，减小设备的运行寿命，甚至造成停电等电网事故，给电力公司以及社会带来较大的损失[4]。

（2）三相电流不平衡会影响电力变压器的正常运行，增加一些不必要的损耗，这部分损耗造成的变压器发热对正常运行状态造成威胁，随着三相不平衡的相位差的增大，额外损耗也会随着增加。

（3）三相不平衡将削弱变压器的出力情况，对于电网调度人员来说，对变压器的出力进行精准估算具有较大的难度，从而影响电网调度过程中的精准性，对整个电网的稳定运行具有一定的影响[5]。

（4）三相不平衡将增加输电线路上的损耗，影响台区的电压平衡，增加供电部门的供电成本，随着三相不平衡的相位差的增大，额外损耗也会随着增加[6]。

（5）三相不平衡将降低三相电动机的输出功率，增大运行过程中的功耗，发热现象严重，加速电动机的老化过程，甚至造成电动机停运或者损坏[7]。

2 三相不平衡治理措施及装置

配网台区的三相不平衡问题给电网的稳定高效运行造成了较大的威胁，同时也给用户的日常生活带来不便。基于电力电子器件的不断更新以及PWM调制技术的快速发展，传统的三相平衡调制技术被基于电力电子逆变技术的静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)所取代[8,9]。本文提出一种结合SVPWM算法的SVG装置，可以有效提高针对台区配网三相不平衡的治理效果。

2.1 传统的SVG装置

SVG的工作原理是将自换相桥式电路借助电抗器并接入电网，通过检测负载侧电流，根据补偿功能需要，直接控制VSC交流侧输出电流，达到补偿目的[10]。

目前常用的三相三线SVG主要是直流侧为电容支撑的电压型SVG。对于我国低压配电网的三相四线制系统，由于三相三线SVG中不含零序通路，无法补偿不平衡负载电流，为了滤除所有有害电流(包括负载电流中的无功以及不平衡部分)，SVG的主电路结构也必须采用三相四线制形式。

2.2 SVPWM算法的基本原理

SVPWM算法是一种基于平均值等效原理的调制算法，可以实现在任意一个周期内，将基础变量单元进行矢量组合，得到新矢量的平均值与期望值相等。

和传统的调制算法相比，SVPWM算法可以有效地提高开关周期的效率，减少开关的动作次数，降低系统响应时间，与此同时，可以削弱相关谐波的不利影响。随着芯片技术的不断发展，该算法的调制效率也越来越高，同时可以满足多种电力电子调制的需求，在三相电路的变量调制方面应用不断增加。

2.3 基于SVPWM算法的改进SVG装置

由于三相四桥臂SVG系统中三相电压矢量是相互独立的，从而组合得到16中不同的开关状态，传统的PWM算法具有较少的参考矢量，满足不了SVG系统的要求，因此本文将3D-SVPWM调制技术引入SVG装置。该算法具有控制效果好、实时性高、便于数字化实现的特点。配合FPGA的强大硬件逻辑实现能力，将其引入到级联SVG的模块化设计中，可以有效地改善SVG的动态实时性。

本文采用的3D-SVPWM调制算法可以产生PWM控制信号。通过比较参考电压矢量各分量关系，确定指针函数值，进一步确定空间四面体位置与非零基准电压矢量占空比并换算为作用时间。在考虑死区影响的情况下，将调制波与载波比较产生PWM波。本方法不仅可以减少调制过程中的计算量，而且可以精准实现对于三相不平衡现象的治理。

3 三相不平衡治理效果分析

本文在宁德市选取典型三相不平衡台区配网进行应用，通过加装改进的SVG装置，对治理前后的负载电流进行对比，随机选取治理前后的两个工作日，对当日的负载电流进行监测，可以得到如图1、图2所示的电流采样图。

图1 SVG安装前的负载电流采样图

图2 SVG安装后的负载电流采样图

通过图1中的电流波形，可以发现在SVG安装前，该地区电网的三相不平衡现象较为严重，A相的负载电流的幅值大于另外两相。通过将上述两图中的负载电流采样波形进行对比，可以发现该地区配网电流的三相不平衡度得以有效的降低，证明本文提出的治理方法及装置具有较好的效果。

4 总结与展望

目前国内配电网的接线模式比较单一，电力负荷具有随机性，而且大部分负荷为单相运行，因此导致某些供电区域出现较为严重的三相不平衡现象，严重影响电网的供电可靠性以及供电水平。因此如何抑制三相不平衡现象，减少由于三相不平衡带来的威胁，对于电网的稳定运行与可靠发展具有重要的意义。本文提出一种基于SVPWM算法的SVG装置，可有效的调节三相不平衡情况，对电网的稳定发展具有重要意义。

而为了实现更好的调节平衡效果并降低治理成本，以下问题依旧是值得被研究的方向。

（1）SVG装置适用于传统的接线模式，可以有效地抑制三相不平衡问题，可以将不同的算法以及控制策略与之结合，拓展SVG装置的适用范围，改善对于电能质量的调节效果。

（2）常见的配网调节系统只考虑了无功补偿以及三相不平衡，但是对系统中的谐波补偿等问题还还没有高效的解决办法，可以实现配网电能质量调节系统的集成化与一体化。