我國配電網建設和規(guī)劃，在經歷了早期投資不足、近期被動投資、當前主動投資等不同階段之后，目前在設備先進性、供電容量、供電可靠性、自動化水平、電能質量等方面均有很大提高，但各地區(qū)在產業(yè)特點、發(fā)展狀況、工業(yè)化水平、城鄉(xiāng)差異的不同，加之用戶分布不均勻、用電隨機性大、用電設備同時率低、大功率負載頻繁瞬間接入等因素，極易導致不同程度的三相不平衡現象，給電網供電可靠性、供電設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已將治理三相不平衡問題作為日常工作重點之一。發(fā)改委經濟運行調節(jié)局早在2010年就牽頭對上海市電能質量開展了經濟性調查，獲得大量因三相不平衡等電能質量問題造成的經濟損失和相關統(tǒng)計數據；南方電網公司在2011年建成了電能質量監(jiān)測中心，分別在廣東、廣西、云南等6個地區(qū)建了約2790臺監(jiān)測點，就三相不平衡對配電臺區(qū)的影響進行評估和分析，并制定優(yōu)化治理方案和配備相關裝備；國家電網公司在2017年還專門發(fā)布了《關于開展配電臺區(qū)三相負荷不平衡問題治理工作的通知》，明確要求按照“源頭預防、常態(tài)監(jiān)測、科學施策、動態(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，且幅值差超過規(guī)定范圍，導致供電點三相電流（電壓）不平衡，進而增加線路損耗，同時會對接在供電點上的電動機及相關設備運行產生不利影響。
在中低配電網中，一般采用手動調整負荷線路相線的形式進行負荷平衡調整，但這種方法無法適應負荷無時無刻不在變化的客觀情況。國家電網公司根據當前各地配電臺區(qū)建設改造情況，建議了換相開關型、電力電子型、電容型三種配電臺區(qū)三相負荷自動調節(jié)技術典型應用模式。
下面，我們就這三種典型模式在實際應用中的各自系統(tǒng)原理、應用范圍、應用效果進行詳細闡述。
典型應用模式一：換相開關型三相負荷自動調節(jié)裝置
該調節(jié)裝置也稱低壓負荷自動換相裝置，是由一個智能換相終端（負責負荷監(jiān)測與自動換相控制）和若干個換相開關單元（負責執(zhí)行負荷換相的操作機構）組成。智能換相終端實時監(jiān)測配變低壓出線的三相電流，如果在一定監(jiān)測周期內配變低壓側三相負荷不平衡度超限，智能換相終端讀取配變低壓出線和所有換相開關單元各負荷支路的電流、相序實時數據，進行優(yōu)化計算，發(fā)出最優(yōu)換相控制指令，各換相開關單元按照規(guī)定換相流程執(zhí)行換相操作，實現用戶負荷相序調整、配電臺區(qū)三相負荷均衡分配。
系統(tǒng)原理圖
換相開關型三相負荷自動調節(jié)裝置的主要應用范圍集中在：供電半徑比較大，配電變壓器低壓側功率因數＞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區(qū)上，換相開關供電范圍內無對可靠性要求高的敏感性負荷；同時額定容量為100、200、400kVA的配電臺區(qū)配置換相開關單元分別不宜超過6、9和12臺。
從實際應用效果看，該調節(jié)裝置投運后，A、B、C三相電流在切換終端單相負載后基本實現三相平衡，在同一時點的負荷相對趨同，有效降低了線路損耗及變壓器損耗，提高用電質量，改善了因三相不平衡引起的末端低電壓，延長設備使用壽命，治理前后效果較明顯。
投運前后臺區(qū)負荷對比圖
換相開關型三相負荷自動調節(jié)裝置現場安裝圖
典型應用模式二：電力電子型三相負荷自動調節(jié)裝置
該調節(jié)裝置是采用大功率可關斷型電力電子開關技術的電能質量綜合治理裝置，它通過快速檢測出接入處無功、負序、諧波電流，根據空間矢量脈寬調制（SVPWM）控制方法產生觸發(fā)脈沖信號驅動控制晶閘管，輸出與檢測到的無功、負序、諧波電流大小相等、方向相反的補償電流，綜合解決配電臺區(qū)無功、諧波、電壓波動以及三相負荷不平衡等問題。
系統(tǒng)原理圖
電力電子型三相負荷自動調節(jié)裝置的主要應用范圍集中在：供電半徑較短，且用戶對電能質量要求較高，或同時存在三相負荷不平衡、無功不足和諧波超限等多種問題的配電臺區(qū)，安裝場地則不受限制。
從某配電臺區(qū)實際應用效果看，投運前，低壓側只有8.2%的時間節(jié)點（15分鐘為一個時間節(jié)點）三相負荷不平衡度≤15%（國網規(guī)定配電臺區(qū)負荷不平衡度不應大于15%）；該調節(jié)裝置投運后，100%的時間節(jié)點≤15%，98%的時間節(jié)點≤10%。另外，該調節(jié)裝置能實時跟蹤響應，維護也較方便，不會產生諧振影響。
配電臺區(qū)治理前后三相負荷不平衡度對比圖
電力電子型三相負荷自動調節(jié)裝置現場安裝圖
典型應用模式三：電容型三相負荷自動調節(jié)裝置
該調節(jié)裝置又稱相間無功補償裝置，是在相線間跨接電力電容器，實現有功功率轉移，平衡相間的有功功率，同時利用連接在相線與零線之間的電力電容器對每一相進行不等量無功補償，平衡相間的無功功率，降低三相不平衡度、提升功率因數。
系統(tǒng)原理圖
電容型三相負荷自動調節(jié)裝置的主要應用范圍集中在：供電半徑較短，同時存在三相負荷不平衡和無功不足問題，且未安裝補償裝置的配電臺區(qū)。
從實際應用效果看，該調節(jié)裝置投運后，通過有效補償無功功率，系統(tǒng)功率因數的波動幅度較投運前有明顯的減小，近似于一條直線，降低了電網中功率損耗和電能損失，改善電能智能，在提高了用電設備的工作效率的同時降低故障率，可減小變壓器等設備再投入成本。
電容型三相負荷自動調節(jié)裝置現場安裝圖（戶內型）
當前，上述三種配電臺區(qū)三相負荷自動調節(jié)裝置在各地均有應用，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當地配電臺區(qū)具體三相負荷不平衡狀況和特征制定相應治理方案和配備相應治理裝置。
近些年，隨著城市配電網精益化管理要求越來越高，以及農網改造進程逐步深化，三相不平衡問題已成為配電網較為突出的問題之一。建立常態(tài)化監(jiān)測和治理機制，合理配置相關治理裝置，優(yōu)化運行控制，提升配電網能效水平和供電服務保障能力是各地電力公司的共識。
2016年、2017年各地有關三相不平衡治理、諧波治理、無功補償裝置的招標量較往年相比有45%以上的增長幅度。同時，城市軌道交通、電動汽車充電設備、數據中心以及高端制造、工業(yè)機器人等對三相負荷平衡要求很高的產業(yè)大量興起，更加激發(fā)三相不平衡治理的需求。
可以預見，未來5-10年，在我國電力消費需求和配電網投資規(guī)模仍呈平穩(wěn)增長態(tài)勢背景下，新一輪大規(guī)模三相不平衡治理升級高潮將會到來，為三相不平衡治理裝置創(chuàng)造出廣闊發(fā)展空間和巨大市場規(guī)模。
