现代配电网电压治理解决方案的研究水平及理论依据

张智敏

摘要：随着经济社会发展对电力需求的增加，用电负荷的迅猛增长对电压质量造成了一定影响，需要电力部门结合实际进行解决，特别是配网终端用户低电压的问题是电力部门急需解决的一个重要问题。本文提出了电压问题解决方案的现状研究水平及理论依据。

关键词：现代配电网；电压治理

一、概述

随着经济社会发展对电力需求的增加，用电负荷的迅猛增长对电压质量造成了一定影响，需要电力部门结合实际进行解决，特别是配网终端用户低电压的问题是电力部门急需解决的一个重要问题。

针对该问题的解决方案通常是从变电站、中压线路及台区三个方面详细分析中低压配网电压偏低的原因并进行归纳总结，然后针对存在的低电压问题给出一体化的解决方案，并对方案进行技术经济比较，进一步形成卓有成效的低电压问题改造项目库，最后通过这些项目的实施有效的解决中低压配电网存在的低电压问题。

二、国内外研究水平综述

2.1、国外发展水平

（1）自动电压控制

自动电压控制(AutomaticVoltagecontrol,AVC)是目前电压调节控制中追求的最优形式，能够实现对电压的自动调节，有效的改善电压质量问题。目前AVC的控制模式主要分为以德国RWE电力公司为代表的两级控制模式和法国EDF电力公司为代表的三级控制模式。

1）德国RWE电力公司为代表的两级控制模式中，最优潮流(OPF)的优化计算结果直接发到各电厂和变电站进行控制。在调度控制中心，OPF基于状态估计，实时运行在EMS的最高层次上，以网损最小化和电压为约束实现全局无功优化控制。这种控制模式投资小，且符合大多数电力公司调度控制的实际。但由于当系统发生大的扰动、负荷突升或突降时，响应速度太慢，电压质量和安全性难以保证，要进一步提高控制性能，尚有许多技术问题需要解决。

2）法国的EDF分级协调的无功电压控制模式对全系统进行电压水平优化，在全局最优的条件下为各个子区域中枢节点设定最优电压值，优化周期约半小时左右。这种综合时间和空间上的分布控制模式，已在法国、比利时、意大利等国家电力系统得以实施，并取得了令人满意的控制效果和丰富的运行经验。

（2）电压调节器

电压调节器是一种带抽头的全自动线路调压器，其工作原理相当于有载调压装置和一自藕变压器的综。进行升压调节时，转换开关连接升压端子，串联绕组与并联供组是反极性的，得到的负荷端电压高于电源端电压；进行降压调节时，转换开关连接降压端子，串联绕组与并联绕组是同极性的，得到的负荷端电压低于电源端电压。改变抽头的位置可得到不同的升压或降压幅度。用微机控制器连续监视并输出信号，触发触头(连接抽头)可以平滑地调节串联线圈的匝数，以改变抽头位置使其输出电压保持在要求的电压范围之内。

2.2、国内发展水平

目前我国为了解决中低压配电网低电压问题，广泛使用分散的电压无功控制，主要有以下三种：

（1）变电站电压无功控制。变电站参与电压无功控制的设备一般包括有载调压变压器、无功补偿装置等。主要作用有稳定低压侧母线的电压水平，减少变压器上游的无功流动，减少网损，提高功率因数等。变电站无功补偿对维持变电站母线电压，提高高压电网功率因数和平衡系统无功有着重要作用。

（2）线路电压无功控制。线路电压无功控制一般通过线路无功补偿装置等实现。线路无功补偿通过在线路杆塔上安装无功补偿装置来实现无功补偿。线路无功补偿可以减少负荷从系统中吸收的无功功率，减小线路中的电流，从而降低网损。线路补偿一般采用固定补偿，因此适应能力较差。对于线路电压无功控制有待进一步研究。

（3）配电点电压无功控制。配电点参与电压无功控制的设备一般包括有载调压配变、无功补偿装置等。由于配电变压器与用户的距离最近，而且是最后一级变压器，在配变的无功补偿装置可以使上游所有线路受益，最大程度上减小线损，因此该控制方式的效果较好，可以针对各自用户的电压和功率因数情况进行独立控制而不对其他配电点的用户产生影响。但是其电压调节范围不大，只使用于小幅度电压调节、而且配电变压器数量较多，增加了运行和维护的工作量。

目前，在实际应用中，我国电压无功控制方式主要包括集中控制方式、分散控制方式、集中与分散相结合的控制方式。从理论角度分析，集中控制方式调节电压无功的范围是整个电力系统，其制定的变电站运行方案必定是最优方案，也是进行电压无功控制的最佳选择，但是我国硬件技术水平的不成熟与参差不齐，使得其实现的条件也不成熟。

10kV长线路电压质量的主要问题就是“低电压”问题。国家电网公司2010年先后出台了《关于综合治理农村“低电压”问题的工作意见》、《关于印发农村“低电压”综合治理试点单位专项研究计划的通知》等重要文件通知，国家电网公司在总结试点单位农村“低电压”综合治理工作经验的基础上，研究提出《农村“低电压”治理典型方法》，其中提出了变电站、线路、配变电压三级联调技术等共计十四项“低电压”治理的典型方法。各典型方法分别介绍了达到的目的、工作意见及基本条件。

各地市电网公司也积极落实国家电网公司《关于综合治理农村“低电压”问题的工作意见》文件精神，开展改善长线路末端电压质量的综合治理或研究工作。例如青岛供电公司《长线路电压质量的改善措施》、丽江供电局《改善地区电网末端电压质量的措施》、湖南省常德电业局《如何解决农村配电网低电压问题的探讨》等等。

三、项目的理论依据

（1）电压无功综合控制原理

变电站通过调节有载调压变压器分接头位置和补偿电容器组的投切开关，来实现电压无功控制。

变电站有载调压变压器的变比为K，变压器一次电压为U1、二次电压为U2、负荷端电压为UL，负荷视在功率为SL，且SL=PL+QL，变压器二次侧无功补偿容量QC，负荷的电阻和电抗分别为RL、XL。

由于线路存在阻抗RL+jXL，当电流从线路上流过时，将引起线路末端电压降落，同时带来网损，即在线路和变压器中引起的功率损耗。忽略电压降的横分量时，沿线路的电压降落为：

四、实施方案

1.技术措施。①合理调整电网运行状况。加强调度管理，深入研究农村电网低压用电负荷特性，优化电网运行方式，调控负荷、电压和无功补偿能力；②合理调整变电站内主变分接头位置；③合理配置、投切10kV线路无功；④合理调整配变档位和低压无功投切。

2.改善配电网结构。①由于10kV线路供电半径长，导致线路末端台区高压侧电压低的台区，应分情况整治。对于10kV线路供电半径长，在规划期限内又不能通过规划新建的变电站解决，可考虑在不影响其他线路供电半径或过载的前提下，合理割接线路末端负荷，调整至就近其它未过载线路供电；通过更换大截面导线或从变电站新出一条供电线路，减少重载线路的供电负荷；落实电网规划，优化电网结构，集中解决线路超半径供电问题，增加新的电源布点。②由于低压线路供电半径长导致电压质量低的配电台区，应按如下方法整治。对低压线路供电半径长，导致电压质量低的配电台区可以在不影响其它配电台区供电半径或过载的前提下，合理对末端的用户割接到就近台区供电；利用新一轮的农网改造计划对供电电压较低台区片，合理增加配变补点，重新分配低压负荷；对低压线路老化、线径过小的配电台区，应抓住农网改造机会，更换(加粗)导线；根据负荷中心变化情况，合理调整变压器位置到负荷中心。③增加配变容量，解决供电瓶颈问题。公变布点少，容量小，超载严重，尽快更换满载、超载的公变。④调整配变低压侧用户，均衡三相负荷。对配变低压侧三相负荷严重不平衡的台区，迅速制定负荷转移方案，均衡三相负荷。尽可能使配电变压器出口处的负荷电流不平衡度应小于10％，中性线电流不应超过低压侧额定电流的25％，低压主干线及主要分支线的首端电流不平衡度应小于20％。⑤无功补偿容量不足或补偿方式不合理。为了提高变压器功率因数，实现无功分层、分区平衡，降低电网损耗和改善用户电压质量，应重视高低压配电网无功补偿问题，主要应从三个方面抓：异步电动机的就地无功补偿；配电变压器的无功补偿；10kV配电线路的补偿。针对农网实际情况，可采用配变低压侧集中补偿与线路补偿相结合的方式。配变低压侧集中补偿可使低压配电台区实现分层、分区就地平衡，线路补偿用于补偿线路无功基荷和未进行无功补偿的配电变压器空载损耗部分，可有效提高线路功率因数，大幅度降低线路损耗。⑥合理监测10kV母线电压及配变低压干线电压。提高用户对电压质量的监督意识，加强对现有的电压监测仪的管理，实时监测低压侧电压，并根据农村用电负荷季节性特点及时调整配电变压器有载分接开关档位。

3.管理措施：①加强组织领导。在市局层面成立“低电压”整治小组，深入调研农网电压现状和“低电压”情况，制定相应整治方案，定期召开专题工作会议，检查考评工作成效。②明确责任目标。配网“低电压”整治按分层分级负责的原则，实行目标管理。市局“低电压”整治小组负责分解整治目标、核实配网电压质量数据指标、统计与分析电压质量整治效果，并指导县局制定和落实整治措施。县局负责细化相应计划指标，制定具体整治方案，并组织落实。

五、小结

在分析了电压问题解决方案的现状研究水平后，本文给出了解决方案的理论依据后，为进一步研究提供了重要的理论基础，也望更多同仁继续开展相关工作的研究和实践。

参考文献：

[1]农网末端低电压问题补偿方案研究[J].徐振,谭甜源,乐健,苏毅.电气应用.2013(09)

[2]配电网电压稳定性研究[J].武晓朦,刘健,毕鹏翔.电网技术.2006(24)

[3]南方电网无功补偿配置原则与标准探讨[J].黄娟娟,康义,陈凌云.中国电力.2013(03)

[4]考虑无功补偿影响因素的间歇性分布式电源综合优化配置[J].邓威,李欣然,刘志勇,颜艳丽,李金鑫,马亚辉.中国电机工程学报.2012(10)

[5]农村低电压分析及治理[J].李隆先.新疆电力技术.2011(02)

作者简介：

张智敏（1978年8月—），男，汉族，工程师，本科学历，主要从事：电网规划、电力市场分析预测。工作单位：国网福建省电力有限公司三明供电公司，发展策划部