我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)和規(guī)劃，在經(jīng)歷了早期投資不足、近期被動(dòng)投資、當(dāng)前主動(dòng)投資等不同階段之后，目前在設(shè)備先進(jìn)性、供電容量、供電可靠性、自動(dòng)化水平、電能質(zhì)量等方面均有很大提高，但各地區(qū)在產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)、發(fā)展?fàn)顩r、工業(yè)化水平、城鄉(xiāng)差異的不同，加之用戶分布不均勻、用電隨機(jī)性大、用電設(shè)備同時(shí)率低、大功率負(fù)載頻繁瞬間接入等因素，極易導(dǎo)致不同程度的三相不平衡現(xiàn)象，給電網(wǎng)供電可靠性、供電設(shè)備壽命及安全造成較大潛在危害。
為此，各地電力公司近年來(lái)已將治理三相不平衡問(wèn)題作為日常工作重點(diǎn)之一。發(fā)改委經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)節(jié)局早在2010年就牽頭對(duì)上海市電能質(zhì)量開(kāi)展了經(jīng)濟(jì)性調(diào)查，獲得大量因三相不平衡等電能質(zhì)量問(wèn)題造成的經(jīng)濟(jì)損失和相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；南方電網(wǎng)公司在2011年建成了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心，分別在廣東、廣西、云南等6個(gè)地區(qū)建了約2790臺(tái)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，就三相不平衡對(duì)配電臺(tái)區(qū)的影響進(jìn)行評(píng)估和分析，并制定優(yōu)化治理方案和配備相關(guān)裝備；國(guó)家電網(wǎng)公司在2017年還專(zhuān)門(mén)發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展配電臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題治理工作的通知》，明確要求按照“源頭預(yù)防、常態(tài)監(jiān)測(cè)、科學(xué)施策、動(dòng)態(tài)治理”的原則治理三相不平衡。
從原理上看，三相不平衡指的是電力系統(tǒng)中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過(guò)規(guī)定范圍，導(dǎo)致供電點(diǎn)三相電流（電壓）不平衡，進(jìn)而增加線路損耗，同時(shí)會(huì)對(duì)接在供電點(diǎn)上的電動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。
在中低配電網(wǎng)中，一般采用手動(dòng)調(diào)整負(fù)荷線路相線的形式進(jìn)行負(fù)荷平衡調(diào)整，但這種方法無(wú)法適應(yīng)負(fù)荷無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化的客觀情況。國(guó)家電網(wǎng)公司根據(jù)當(dāng)前各地配電臺(tái)區(qū)建設(shè)改造情況，建議了換相開(kāi)關(guān)型、電力電子型、電容型三種配電臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)典型應(yīng)用模式。
下面，我們就這三種典型模式在實(shí)際應(yīng)用中的各自系統(tǒng)原理、應(yīng)用范圍、應(yīng)用效果進(jìn)行詳細(xì)闡述。
典型應(yīng)用模式一：換相開(kāi)關(guān)型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置
該調(diào)節(jié)裝置也稱(chēng)低壓負(fù)荷自動(dòng)換相裝置，是由一個(gè)智能換相終端（負(fù)責(zé)負(fù)荷監(jiān)測(cè)與自動(dòng)換相控制）和若干個(gè)換相開(kāi)關(guān)單元（負(fù)責(zé)執(zhí)行負(fù)荷換相的操作機(jī)構(gòu)）組成。智能換相終端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配變低壓出線的三相電流，如果在一定監(jiān)測(cè)周期內(nèi)配變低壓側(cè)三相負(fù)荷不平衡度超限，智能換相終端讀取配變低壓出線和所有換相開(kāi)關(guān)單元各負(fù)荷支路的電流、相序?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，發(fā)出最優(yōu)換相控制指令，各換相開(kāi)關(guān)單元按照規(guī)定換相流程執(zhí)行換相操作，實(shí)現(xiàn)用戶負(fù)荷相序調(diào)整、配電臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷均衡分配。
系統(tǒng)原理圖
換相開(kāi)關(guān)型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的主要應(yīng)用范圍集中在：供電半徑比較大，配電變壓器低壓側(cè)功率因數(shù)＞0.85，并且低壓主干線和主要分支線為三相供電方式的配電臺(tái)區(qū)上，換相開(kāi)關(guān)供電范圍內(nèi)無(wú)對(duì)可靠性要求高的敏感性負(fù)荷；同時(shí)額定容量為100、200、400kVA的配電臺(tái)區(qū)配置換相開(kāi)關(guān)單元分別不宜超過(guò)6、9和12臺(tái)。
從實(shí)際應(yīng)用效果看，該調(diào)節(jié)裝置投運(yùn)后，A、B、C三相電流在切換終端單相負(fù)載后基本實(shí)現(xiàn)三相平衡，在同一時(shí)點(diǎn)的負(fù)荷相對(duì)趨同，有效降低了線路損耗及變壓器損耗，提高用電質(zhì)量，改善了因三相不平衡引起的末端低電壓，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，治理前后效果較明顯。
投運(yùn)前后臺(tái)區(qū)負(fù)荷對(duì)比圖
換相開(kāi)關(guān)型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖
典型應(yīng)用模式二：電力電子型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置
該調(diào)節(jié)裝置是采用大功率可關(guān)斷型電力電子開(kāi)關(guān)技術(shù)的電能質(zhì)量綜合治理裝置，它通過(guò)快速檢測(cè)出接入處無(wú)功、負(fù)序、諧波電流，根據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制方法產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制晶閘管，輸出與檢測(cè)到的無(wú)功、負(fù)序、諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流，綜合解決配電臺(tái)區(qū)無(wú)功、諧波、電壓波動(dòng)以及三相負(fù)荷不平衡等問(wèn)題。
系統(tǒng)原理圖
電力電子型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的主要應(yīng)用范圍集中在：供電半徑較短，且用戶對(duì)電能質(zhì)量要求較高，或同時(shí)存在三相負(fù)荷不平衡、無(wú)功不足和諧波超限等多種問(wèn)題的配電臺(tái)區(qū)，安裝場(chǎng)地則不受限制。
從某配電臺(tái)區(qū)實(shí)際應(yīng)用效果看，投運(yùn)前，低壓側(cè)只有8.2%的時(shí)間節(jié)點(diǎn)（15分鐘為一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)）三相負(fù)荷不平衡度≤15%（國(guó)網(wǎng)規(guī)定配電臺(tái)區(qū)負(fù)荷不平衡度不應(yīng)大于15%）；該調(diào)節(jié)裝置投運(yùn)后，100%的時(shí)間節(jié)點(diǎn)≤15%，98%的時(shí)間節(jié)點(diǎn)≤10%。另外，該調(diào)節(jié)裝置能實(shí)時(shí)跟蹤響應(yīng)，維護(hù)也較方便，不會(huì)產(chǎn)生諧振影響。
配電臺(tái)區(qū)治理前后三相負(fù)荷不平衡度對(duì)比圖
電力電子型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖
典型應(yīng)用模式三：電容型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置
該調(diào)節(jié)裝置又稱(chēng)相間無(wú)功補(bǔ)償裝置，是在相線間跨接電力電容器，實(shí)現(xiàn)有功功率轉(zhuǎn)移，平衡相間的有功功率，同時(shí)利用連接在相線與零線之間的電力電容器對(duì)每一相進(jìn)行不等量無(wú)功補(bǔ)償，平衡相間的無(wú)功功率，降低三相不平衡度、提升功率因數(shù)。
系統(tǒng)原理圖
電容型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的主要應(yīng)用范圍集中在：供電半徑較短，同時(shí)存在三相負(fù)荷不平衡和無(wú)功不足問(wèn)題，且未安裝補(bǔ)償裝置的配電臺(tái)區(qū)。
從實(shí)際應(yīng)用效果看，該調(diào)節(jié)裝置投運(yùn)后，通過(guò)有效補(bǔ)償無(wú)功功率，系統(tǒng)功率因數(shù)的波動(dòng)幅度較投運(yùn)前有明顯的減小，近似于一條直線，降低了電網(wǎng)中功率損耗和電能損失，改善電能智能，在提高了用電設(shè)備的工作效率的同時(shí)降低故障率，可減小變壓器等設(shè)備再投入成本。
電容型三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖（戶內(nèi)型）
當(dāng)前，上述三種配電臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置在各地均有應(yīng)用，但覆蓋率和普及率不高，分布也不均勻，各地電力公司可根據(jù)當(dāng)?shù)嘏潆娕_(tái)區(qū)具體三相負(fù)荷不平衡狀況和特征制定相應(yīng)治理方案和配備相應(yīng)治理裝置。
近些年，隨著城市配電網(wǎng)精益化管理要求越來(lái)越高，以及農(nóng)網(wǎng)改造進(jìn)程逐步深化，三相不平衡問(wèn)題已成為配電網(wǎng)較為突出的問(wèn)題之一。建立常態(tài)化監(jiān)測(cè)和治理機(jī)制，合理配置相關(guān)治理裝置，優(yōu)化運(yùn)行控制，提升配電網(wǎng)能效水平和供電服務(wù)保障能力是各地電力公司的共識(shí)。
2016年、2017年各地有關(guān)三相不平衡治理、諧波治理、無(wú)功補(bǔ)償裝置的招標(biāo)量較往年相比有45%以上的增長(zhǎng)幅度。同時(shí)，城市軌道交通、電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備、數(shù)據(jù)中心以及高端制造、工業(yè)機(jī)器人等對(duì)三相負(fù)荷平衡要求很高的產(chǎn)業(yè)大量興起，更加激發(fā)三相不平衡治理的需求。
可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)5-10年，在我國(guó)電力消費(fèi)需求和配電網(wǎng)投資規(guī)模仍呈平穩(wěn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)背景下，新一輪大規(guī)模三相不平衡治理升級(jí)高潮將會(huì)到來(lái)，為三相不平衡治理裝置創(chuàng)造出廣闊發(fā)展空間和巨大市場(chǎng)規(guī)模。
