1 三相不平衡治理综合节能优化控制系统介绍
三相不平衡治理综合节能优化控制系统是在智能化电网调度技术以及调度自动化平台的基础上研发出来的，能够在保证电网稳定运行的基础上，保证功率因素和电压因数合格，有效降低系统中因无功潮流造成的有功损耗，实现电网中无功补偿设备和有载调压装置的统一管理、集中监视，进而达到全网武功电压优化控制闭环运行的效果。
1.1 控制系统的主要功能
（1）控制系统既可闭环运行，也可开环运行。
（2）控制系统图形界面友好，在对数据库进行操作后可修改程序控制参数。
（3）有助于在线修改和维护数据库中的数据。
（4）可在网络模型基础上，利用SCADA实时遥信信息，对电网运行情况进行动态监测，对供电区域进行合理划分，并达到动态分区调压的目的。
（5）当调节手段全部使用完后，如果电压依然不达标，系统可自动将电压达不到要求的电压点找出，并为下一步的操作提供参考。
（6）遥控命令发出后，系统会自动将操作信息情况发出。
（7）可对事件进行记录，包括异常报警事件、调节事件等所有系统事件。
（8）对电容器自动调节时刻、调节次数以及变压器自动调节次数进行统计。
1.2 系统的结构
三相不平衡治理综合节能优化控制系统主要由警报信息模块、控制模块以及自动电压调整模块构成，如图1所示。其中，自动电压调整模块可从系统中得到电网具体的运行情况，并按照分区调压的原则监控电网电压。当有异常电压产生时，提出具体的调节措施。在系统处在自动控制状态下时，可利用系统遥控程序对调节措施进行执行。警报模块主要用于显示遥控程序做出的自动调压措施，提出相应的调压建议等。
图1 系统结构
1.3 系统主界面操作
（1）运行监视。主要对变电站和设备的控制状态、闭锁信息、母线状态进行监控。
（2）系统流程。主要是AVC从系统中得到具体的量测数据，然后对电网分区，并根据无功控制方法和电压控制方法对电力系统的运行和电压进行控制。
（3）系统信息。主要用于控制AVC系统运行，可人工修改置数。
（4）控制策略。主要包括电容器、变压器的动作次数、电网分区信息、AVC运行告警进行、调压命令、操作信息等。在控制状态下，会将系统中变电站的具体的控制状态显示出来。
2 三项不平衡治理优化控制系统应用效果
2.1 解决了配电网由于无功补偿不足而造成的无功损耗问题
传统采用电容补偿的降耗措施，存在无法动态调节、速度慢等问题，导致电网损耗问题依然严峻。而引入无功补偿控制系统后可将此问题有效解决，实现动态调节，补偿精准度和补偿效率高，最大化降低电网损耗。
2.2 解决了现有的电容器补偿装置存在的安全隐患问题
配变网企业负荷和居民用电具有阶段性，供电无功具有波动性。电容器频繁的投切电容器降低了电容器的使用寿命，并且在投切过程容易出现电容器重燃的故障。另外，小型非线性电子式开关设备（变频空调，节能灯具）的大量应用大大增加了配电网的谐波水平，补偿的并联电容器容易对谐波产生放大情况，很容易烧毁设备，造成事故。
本项目研究采用新型的智能化统一电能质量综合优化装置SVG&APF，实现无功功率柔性输出，补偿能力精准，响应速度快，利用电力电子开关器件调节功率，不依赖电网阻抗，不会对电网系统阻抗产生影响，也不会造成谐振问题和谐波放大问题。
2.3 解决了节能设备无法治理电能质量的问题
电能质量问题和电网污染主要体现在电网谐波流动、负荷三相不平衡等方面，谐波会对供电变压器产生较大的影响，导致出力减低、温升加大，对绝缘设备的寿命造成影响。另外，谐波会导致旋转电机附加损耗增大，使谐波和噪音过电压，对计算机、继电保护自动装置也会造成影响，增大线损率。因此，三相不平衡和谐波污染对用户设备和电网造成的危害非常大。但由于当前设备缺乏谐波污染治理能力，使用传统的电容器进行节能补偿时，如果配置不合理，会导致谐波放大数增大10倍甚至100倍，很容易引发事故。而引入三相不平衡控制系统可充分利用现代化电网谐波污染治理技术，针对性地采取治理措施，减低电能质量问题造成的损失。
2.4 提升了配网设备自动化水平
配变台区三相不平衡治理综合节能优化控制系统通过利用电力电子功率变换技术、瞬时无功功率控制技术、网络智能化技术以及无线通信技术，实现了配电网的智能化监控管理和离线管理，提高电网的可靠性和安全性，降低维护费用，提升配电网的工作效率和管理水平。同时，通过配变智能台区终端，实现整个台区的综合管理功能。
3 经济效益
3.1 治理谐波污染，降低配变损耗、寿命缩短的效益
以400kVA配变为基准，某区域总配变容量20475438kVA计算。相当于共5×104个400kVA的变压器，其中，大约10%的变压器谐波电流畸变率＞20%，共有5000个400kVA的变压器。其谐波损耗约240W。这些400kVA的变压器平均年利用小时数为2500h，则每年因谐波造成的变压器的损耗约2500×0.24×5000=3×106（kWh）；另外还有约23.4%的变压器。其谐波电流含量在10%～20%之间，折算成400kVA变压器，其附加谐波损耗在55～239W之间，其平均值约为140W，则这些变压器损耗值为2500×0.14×（50000×23.4%）=4.095×106（kW·h）。
建设配变台区三相不平衡治理综合节能优化控制系统，将配变的谐波畸变统一降低到5%，那么谐波损耗降低数值为：2500×（0.24-0.02）×5000+2500×（0.14-0.02）×（50000×23.4%）=6260000（kW·h）；以每0.65元/kW·h，折合人民币406.9万元/年。
3.2 优化三相不平衡电流，降低损耗的效益
三相负荷不平衡，造成三相电压不对称，使中性点电位产生位移，为此，如果控制中性线电流≤20%，则中性点位移不会造成三相电压的严重不对称。规程要求电流不平衡度β≤20%，计算公式为β=（Imax-Ip）/Ip×100%；以250kVA、10kV/0.4kV变压器的零序电阻Ro=O.162Ω，零序电抗xo=0.216Ω，绕组电阻Rr=0.0111Ω为例，三相电流170A、300A、300A，I0=120A，则零序电流损耗功率P0=2.33kW；附加铜损△Pf=0.13kW，总损耗功率△P=2.46kW，一年内损耗电量2.46×8760kWh=21550kWh，折合人民币1.4万元；如果某区域约1000台变压器存在三相不平衡的问题，则年损耗损失约1000万以上；建设配变台区三相不平衡治理综合节能优化控制系统，可起到优化三相不平衡，减少电能损耗，社会经济效益显著。
3.3 提高无功补偿效率的效益
现有的设备无功补偿效率低，由于是电容器分组，机械式开关投切，输出容量是阶梯方式，存在过补偿，欠补偿现象，无形中造成电网损耗。配变台区三相不平衡治理综合节能优化控制系统采用柔性无功调节设备，不存在过补欠补的问题，补偿精度达95%以上。
以配变500kVA需求无功平均100kVar为例，现有方式只能实现70kVar的精准补偿，对于波动的30kVar无功补偿不足；配变台区三相不平衡治理综合节能优化控制系统的柔性无功调节设备能补偿精度95%，也即能补偿波动无功需求25kVar；采用无功经济当量K=0.05估算，全年节电约4500kW·h，经济效益约2925元；假设某区域1000台配变补偿精度提高，则年节约电量约450万kW·h。
4 结语
综上所述，本项目的主要研究内容是配变台区三相不平衡治理综合节能优化控制系统，包括配电网运行数据集成平台，在该平台上实现配电网节能降耗能力的实时评估，区域无功优化多级协调控制，电能设备的实时监控与综合控制。通过应用三相不平衡治理综合优化系统，可显著降低电网能耗，提升电网自动化水平，经济效益显著。
参考文献
[1]叶伟杰．江西电网配电变压器三相不平衡综合治理措施研究[D]．南昌：南昌大学，2013.
[2]王代弟．配电网三相不平衡问题的分析与研究[D]．沈阳：沈阳工业大学，2007.
[3]方恒福，盛万兴，王金丽，等．配电台区三相负荷不平衡实时在线治理方法研究[J]．中国电机工程学报，2015，35（9）.
收稿日期：2018-01-27
作者简介：王俊融（1988-），男，四川安岳人，贵州电网有限责任公司电力科学研究院工程师，硕士，研究方向：电能计量。
