電網(wǎng)三相不平衡下農(nóng)網(wǎng)低電壓治理的研究

周虎，陳佳黎，鮮龍，吳麗珍

（1.甘肅省電力公司，甘肅蘭州　730050；2.蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院，甘肅蘭州　730050）

電網(wǎng)三相不平衡下農(nóng)網(wǎng)低電壓治理的研究

周虎1，陳佳黎1，鮮龍2，吳麗珍2

（1.甘肅省電力公司，甘肅蘭州730050；2.蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院，甘肅蘭州730050）

通過對(duì)農(nóng)網(wǎng)低電壓和三相不平衡問題的研究，分析了目前解決農(nóng)網(wǎng)低電壓和三相不平衡措施中所存在的一些問題，并針對(duì)這些問題提出了一種分序疊加調(diào)節(jié)法。以最簡(jiǎn)單的單線路農(nóng)網(wǎng)為模型，在其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上得到相應(yīng)的等效電路，并對(duì)該等效電路進(jìn)行相應(yīng)的潮流分析，從而揭示出電壓損耗和功率損耗與無功功率之間的關(guān)系。利用潮流分析的結(jié)論確定了先不考慮電網(wǎng)三相不平衡影響的調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)原則，同時(shí)引入調(diào)節(jié)限定曲線以配合該調(diào)節(jié)法。然后再在此基礎(chǔ)上考慮三相不平衡的影響，結(jié)合已經(jīng)提出的平衡網(wǎng)絡(luò)下的調(diào)節(jié)法和對(duì)稱分量法，得到適用于解決三相不平衡農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}的分序疊加調(diào)節(jié)法。最后將該分序疊加調(diào)節(jié)法實(shí)際應(yīng)用于平?jīng)鍪形魅A供電公司，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法解決三相不平衡農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}的有效性。

農(nóng)網(wǎng)；低電壓；不平衡；調(diào)節(jié)限定曲線；分序疊加調(diào)節(jié)法

農(nóng)村電網(wǎng)是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必備基礎(chǔ)設(shè)施，也是國家拉動(dòng)內(nèi)需刺激經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重點(diǎn)投資對(duì)象。在我國，農(nóng)網(wǎng)延伸覆蓋面達(dá)國土面積的80%以上，縣供電企業(yè)完成售電量11 527.44億kW·h，占到售電總量的54.28%［1］。

隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展和國家一系列惠農(nóng)政策的落實(shí)與實(shí)施，農(nóng)民的物質(zhì)生活有了極大的提高，同時(shí)也使得農(nóng)村的用電量急劇攀升，這導(dǎo)致了農(nóng)村電網(wǎng)中所存在的一些問題更為突出。由于地理因素的限制，我國大部分農(nóng)村都在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，而且還比較分散，這就使得我國農(nóng)網(wǎng)具有點(diǎn)多、面廣、供電線路長(zhǎng)的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)導(dǎo)致了農(nóng)網(wǎng)線路損耗大，在高峰負(fù)荷時(shí)用戶面臨的低電壓現(xiàn)象非常嚴(yán)重［2］。

電壓幅值是電網(wǎng)電能質(zhì)量的三要素之首，顯然低電壓現(xiàn)象的發(fā)生直接導(dǎo)致了一些用電設(shè)備不能正常工作，甚至是損壞用電設(shè)備［3］。

另外，由于農(nóng)村電網(wǎng)中的絕大多數(shù)用戶都是單相電用戶，這就很難做到整個(gè)電網(wǎng)的三相負(fù)荷平衡，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行于三相不平衡的狀態(tài)下。

電網(wǎng)的三相不平衡會(huì)使配電變壓器的電能損耗增加，從而影響其出力。對(duì)于農(nóng)村用戶，電動(dòng)機(jī)類的負(fù)荷所占比重越來越大，但是不平衡的電壓存在著正序、負(fù)序和零序3種電壓分量，在這種不平衡的電壓輸入電動(dòng)機(jī)時(shí)，正負(fù)序電壓產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相反，會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)的效果。電動(dòng)機(jī)的輸出功率會(huì)因這種制動(dòng)作用而減少，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率下降［4］。在三相四線制的系統(tǒng)中，電網(wǎng)三相不平衡會(huì)使中性線中的電流不再為零，也就直接地增加了電網(wǎng)的線路損耗。

綜上所述，電網(wǎng)三相不平衡和低電壓都會(huì)給電網(wǎng)帶來諸多的弊端，而電網(wǎng)不平衡下發(fā)生低電壓?jiǎn)栴}就使得問題更為嚴(yán)重，這就極大地影響了我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展和相應(yīng)政策的進(jìn)一步落實(shí)。由此可見，如何有效地解決電網(wǎng)三相不平衡下的低電壓?jiǎn)栴}，對(duì)農(nóng)村今后的發(fā)展有著重大的意義。

1　治理低電壓和三相不平衡的方法

1.1農(nóng)網(wǎng)低電壓的治理

目前，農(nóng)網(wǎng)低電壓治理的具體技術(shù)措施主要有以下3個(gè)方面。

1）提升供電能力建設(shè)。

由于在開始設(shè)計(jì)與架設(shè)線路時(shí)并沒有考慮到農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷后來會(huì)以驚人的速度增長(zhǎng)，所設(shè)計(jì)與架設(shè)線路的到線半徑較小，而在后期新設(shè)計(jì)與架設(shè)的線路，其線路的導(dǎo)線半徑又相對(duì)較大，這就導(dǎo)致了電網(wǎng)中所謂的“卡脖子”現(xiàn)象的發(fā)生。為了解決這一嚴(yán)重的問題，電網(wǎng)公司對(duì)其進(jìn)行了大規(guī)模的匯總，并結(jié)合相應(yīng)的實(shí)際情況，進(jìn)行了配電網(wǎng)線路改造項(xiàng)目的立項(xiàng)申報(bào)。由于線徑加大，往往會(huì)造成配網(wǎng)線路“卡脖子”問題較為嚴(yán)重。為解決部分線路“卡脖子”現(xiàn)象，供電企業(yè)應(yīng)當(dāng)開展配網(wǎng)專項(xiàng)治理活動(dòng)，加強(qiáng)對(duì)配網(wǎng)線路缺陷、樹障等不規(guī)范問題的統(tǒng)計(jì)匯總，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)配網(wǎng)線路“卡脖子”、線徑過小及供電半徑過長(zhǎng)現(xiàn)象進(jìn)行配網(wǎng)線路改造項(xiàng)目立項(xiàng)申報(bào)。

通過技術(shù)、農(nóng)網(wǎng)項(xiàng)目改造，對(duì)風(fēng)口地區(qū)以及井灌線路進(jìn)行加裝防風(fēng)線夾、絕緣化、新增線路出口以及新建變電所，來治理農(nóng)網(wǎng)的低電壓?jiǎn)栴}［5］。

2）利用有載調(diào)壓設(shè)備提高電網(wǎng)調(diào)壓能力。

對(duì)于農(nóng)網(wǎng)中的有載調(diào)壓，通常為三級(jí)。

第一級(jí)針對(duì)的是變電站的部分，即變電站所裝設(shè)的變壓器為有載調(diào)壓變壓器，可以通過調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭，來達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。

第二級(jí)針對(duì)的是中壓輸電線路（通常為10 kV線路），即在輸電線路上架設(shè)饋線自動(dòng)調(diào)壓器，調(diào)節(jié)其分接頭可以調(diào)節(jié)相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)電壓。

第三級(jí)針對(duì)的是配變臺(tái)區(qū)的部分，也就是靠近用戶負(fù)荷的部分，其相應(yīng)的調(diào)壓手段與第一級(jí)的有點(diǎn)類似，即所用的配電變壓器為有載調(diào)壓變壓器。

3）提升農(nóng)網(wǎng)無功功率補(bǔ)償?shù)哪芰Α?/p>

在電力系統(tǒng)中，無功功率與電壓的關(guān)系十分密切，無功功率在電網(wǎng)中的過多傳輸會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓損耗增大，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的降低［6］。由此看來，僅僅靠有載調(diào)壓設(shè)備來解決低電壓?jiǎn)栴}顯然是不切實(shí)際的，電壓調(diào)節(jié)的同時(shí)必須配合有效的無功功率補(bǔ)償才是解決低電壓?jiǎn)栴}的有效途徑。

為了密切地配合前面已經(jīng)提到的3個(gè)部分的調(diào)壓，在相對(duì)應(yīng)的調(diào)壓環(huán)節(jié)加裝無功補(bǔ)償設(shè)備?，F(xiàn)有的無功補(bǔ)償設(shè)備相對(duì)比較多，不同的電網(wǎng)按照相應(yīng)的實(shí)際情況有著不同的配置，因此關(guān)于無功補(bǔ)償設(shè)備種類的內(nèi)容將不再詳細(xì)地?cái)⑹觥?/p>

縱觀現(xiàn)有治理農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}的措施，盡管提升電力建設(shè)能力的措施能夠比較徹底地解決低電壓?jiǎn)栴}，但是其不能充分地利用現(xiàn)有線路和設(shè)備，而且其投資巨大，故其實(shí)際的應(yīng)用意義并不大。

1.2農(nóng)網(wǎng)三相不平衡的治理

農(nóng)網(wǎng)三相不平衡的治理措施也主要有3個(gè)方面：

1）將不對(duì)稱負(fù)荷分散。

將電網(wǎng)中的不對(duì)稱負(fù)荷進(jìn)行分散式供應(yīng)，以免由于集中連接過多而導(dǎo)致的嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象發(fā)生。

2）將不對(duì)稱的負(fù)荷適當(dāng)?shù)胤峙涞矫總€(gè)相。

三相供電系統(tǒng)中的單相負(fù)荷位置不合理是導(dǎo)致發(fā)生不平衡現(xiàn)象發(fā)生的主要原因，那么在最初設(shè)計(jì)相應(yīng)的供電系統(tǒng)時(shí)，就應(yīng)該首先將單相負(fù)荷盡可能均衡地分布在三相供電系統(tǒng)中，以達(dá)到降低三相不平衡度的目的。

3）用無功功率補(bǔ)償來校正三相不平衡。

這種措施主要是通過分相進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，以校正已經(jīng)處于不平衡狀態(tài)的三相系統(tǒng)盡可能地恢復(fù)到平衡狀態(tài)。

在治理三相不平衡的3個(gè)措施中，前2種措施又會(huì)涉及到電網(wǎng)升級(jí)改造的問題，對(duì)于現(xiàn)有電網(wǎng)的三相不平衡治理沒有多大的作用。而第3種措施與治理農(nóng)網(wǎng)低電壓的無功功率補(bǔ)償法相呼應(yīng)，不用改變現(xiàn)有電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來也比較方便，所以利用無功功率補(bǔ)償?shù)姆椒▉碇卫砣嗖黄胶馐窍鄬?duì)經(jīng)濟(jì)和可行的。

1.3低電壓與三相不平衡的綜合治理

綜上所述，在不改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的前提下，解決農(nóng)網(wǎng)低電壓的措施是無功功率補(bǔ)償和調(diào)壓配合的方法，而解決三相不平衡的措施是無功功率補(bǔ)償法。也就是說，利用合理的無功功率補(bǔ)償并配合電壓調(diào)節(jié)就可以同時(shí)解決農(nóng)網(wǎng)低電壓和三相不平衡的問題。

因此，如何找到一種合理的無功功率補(bǔ)償?shù)姆椒?，既可以配合電壓調(diào)節(jié)以解決低電壓的問題，又同時(shí)可以很好地解決三相不平衡的問題，是本文研究的重點(diǎn)。

本文的整體思路是首先研究電網(wǎng)在三相平衡下的無功功率補(bǔ)償和電網(wǎng)調(diào)節(jié)法，即通過分析農(nóng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，在文獻(xiàn)［7］的基礎(chǔ)上提出一種綜合調(diào)節(jié)的方法來解決三相平衡下的農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}；然后在此基礎(chǔ)上考慮三相不平衡的影響，利用對(duì)稱分量法將三相不平衡下低電壓的問題轉(zhuǎn)換為3個(gè)平衡三相系統(tǒng)下的低電壓治理問題，這樣就可以利用已經(jīng)得到的平衡狀態(tài)下治理低電壓的方法分別予以解決；再將各分量下的無功功率按照對(duì)稱分量法進(jìn)行疊加，從而最終得到用于綜合解決低電壓和三相不平衡的無功補(bǔ)償功率。本文把這種方法稱為分序疊加調(diào)節(jié)法，并在甘肅平?jīng)龅貐^(qū)進(jìn)行了相應(yīng)的試用，結(jié)果證明該分序疊加調(diào)節(jié)法能有效地治理農(nóng)網(wǎng)低電壓和三相不平衡問題，且具有很好的可操作性。

2　農(nóng)網(wǎng)模型分析

2.1結(jié)構(gòu)與等值電路圖

為了分析問題的簡(jiǎn)單，以農(nóng)網(wǎng)中最為簡(jiǎn)單的單線路供電為例，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

為了深入具體地分析該結(jié)構(gòu)，需要將該結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換為等效電路圖，在轉(zhuǎn)換的過程中需要注意一點(diǎn)的是由于農(nóng)網(wǎng)供電線路相對(duì)高壓線路都比較短，故所用模型為輸電線路的短線路模型，即忽略線路對(duì)地的電容效應(yīng)［8］。另外，由于變壓器的損耗比線路上的損耗小得多，故可以忽略不計(jì)，即將變壓器當(dāng)作理想變壓器處理，所得到的等效電路圖如圖2所示。

圖1　農(nóng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Structure diagram of the rural grid

圖2　農(nóng)網(wǎng)等效電路圖Fig.2　Equivalent circuit diagram of the rural grid

2.2等值電路的潮流分析

對(duì)等效電路圖進(jìn)行潮流分析，各級(jí)電壓的關(guān)系表示如下：

各級(jí)對(duì)應(yīng)的功率損耗為

2.3調(diào)節(jié)原則的確定

從潮流分析的結(jié)果可以得出，無功功率的大小直接影響著電壓損耗和功率的損耗，無功功率在線路中傳輸?shù)迷蕉?，線路上的電壓損耗和功率損耗也就越大，從而造成了負(fù)荷末端的低電壓。

所以當(dāng)發(fā)生低電壓需要調(diào)節(jié)控制時(shí)，首先采取的措施應(yīng)該是無功功率的調(diào)節(jié)，先使得無功功率維持在正常范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)。

從功率流向的角度來分析，線路末端的無功功率勢(shì)必會(huì)影響到上級(jí)線路及變壓器無功功率的大小，為了使網(wǎng)絡(luò)中各處的無功功率都能夠處在正常的范圍之內(nèi)，其調(diào)節(jié)原則只能是從線路的末端逐級(jí)往上調(diào)節(jié)。

電壓和無功功率的情況恰好相反，即首段電壓會(huì)逐級(jí)影響到下一級(jí)線路的電壓，也就是電網(wǎng)末端的電壓受到各上級(jí)線路的影響。為了達(dá)到解決電網(wǎng)末端低電壓的問題，電壓的調(diào)節(jié)原則應(yīng)該為從首端開始逐級(jí)往下調(diào)節(jié)。

3　無功調(diào)節(jié)限定曲線

前已提及，輸電線路中過高的無功功率傳輸會(huì)增大電網(wǎng)的電壓損耗和功率損耗，按照該原則，無功功率應(yīng)該越小越好，但是過小的無功功率又會(huì)影響到整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，任何一個(gè)電網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)針對(duì)自身的實(shí)際參數(shù)，有相應(yīng)的無功功率范圍與之相對(duì)應(yīng)，也就是說只有每個(gè)節(jié)點(diǎn)的無功功率在其正常范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)是最有利的。將關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的功率范圍在圖上表示出來，其余節(jié)點(diǎn)用擬合的方法表示出來，就得到了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功率調(diào)節(jié)限定曲線。

以圖1所示的結(jié)構(gòu)圖為例，其對(duì)應(yīng)的功率調(diào)節(jié)限定曲線如圖3所示，橫軸為電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)到變電所的距離，縱軸為相應(yīng)的無功功率值，圖中的兩條虛線分別代表電網(wǎng)正常無功功率的最大值和最小值，兩條虛線中間的區(qū)域便是無功功率正常區(qū)。

圖3　無功功率調(diào)節(jié)限定曲線Fig.3　Limit curve of adjustment for reactive power

在無功調(diào)節(jié)限定曲線圖中畫出實(shí)際的無功運(yùn)行曲線，如圖3中的實(shí)線所示，可以很容易地求得電網(wǎng)每一地點(diǎn)實(shí)際無功與限定無功的差值，選取裝設(shè)無功功率補(bǔ)償設(shè)備的地點(diǎn)，從而也就求出了相應(yīng)的無功功率補(bǔ)償值。

與無功功率類似，電網(wǎng)電壓也有相應(yīng)的限定范圍，因?yàn)檫^高的電壓會(huì)嚴(yán)重威脅到用電設(shè)備的絕緣和使用壽命，而過低的電壓則會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備不能正常工作，甚至是使得用電設(shè)備故障，因此，一般規(guī)定電壓偏移不應(yīng)超過額定電壓的±5%［9］。

按照這個(gè)規(guī)定，電網(wǎng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有所對(duì)應(yīng)的電壓范圍，從而也就可以繪出相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)限定曲線。仍然以圖1所示結(jié)構(gòu)圖為例，相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)限定曲線如圖4所示。

圖4　電壓調(diào)節(jié)限定曲線Fig.4　Limit curve of adjustment for voltage

這里要特別說明的是，由于電網(wǎng)中變壓器的存在，網(wǎng)絡(luò)中各段的電壓不在同一電壓等級(jí)下，故需要將網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的電壓先要?dú)w算到同一電壓等級(jí)下，然后再確定電壓調(diào)節(jié)限定曲線，在坐標(biāo)系中橫軸仍然是電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)到變電所的距離，縱軸為所有節(jié)點(diǎn)歸算到同一電壓等級(jí)下（一般為高壓側(cè)）的電壓值。圖中的兩條虛線分別代表電網(wǎng)正常電壓的最大值和最小值，兩條虛線中間的區(qū)域便是電壓變化的正常區(qū)。

同樣，在電壓調(diào)節(jié)限定曲線圖中畫出實(shí)際的電壓運(yùn)行曲線，如圖4中的實(shí)線所示，可以很容易地求得電網(wǎng)每一地點(diǎn)實(shí)際電壓與限定電壓的差值，選取具有電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的地點(diǎn)，從而也就求出了相應(yīng)的所需電壓調(diào)整值。

4　不考慮三相不平衡影響的綜合調(diào)節(jié)法實(shí)施過程

如果暫不考慮三相不平衡對(duì)系統(tǒng)的影響，有了無功和有功調(diào)節(jié)限定曲線，就可以配合電網(wǎng)實(shí)際的無功和電壓曲線進(jìn)行調(diào)壓和無功補(bǔ)償控制了。

結(jié)合調(diào)節(jié)限定曲線和實(shí)際運(yùn)行曲線，并遵循前面已經(jīng)提到的調(diào)節(jié)原則，綜合調(diào)節(jié)法的實(shí)施過程為：

先對(duì)比分析實(shí)際的無功曲線和無功限定曲線，從電網(wǎng)末端向上逐級(jí)分析，當(dāng)遇到實(shí)際無功超出無功限定曲線范圍的節(jié)點(diǎn)時(shí)停止，而該節(jié)點(diǎn)開始就需要補(bǔ)償無功功率，并逐級(jí)往上補(bǔ)償無功功率，直到實(shí)際的無功曲線在無功調(diào)節(jié)限定曲線范圍內(nèi)。

經(jīng)過上面的無功補(bǔ)償后，電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的無功都在正常范圍之內(nèi)，那么按照調(diào)節(jié)原則就可以進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)了。

與功率調(diào)節(jié)類似，電壓調(diào)節(jié)要結(jié)合實(shí)際的電網(wǎng)電壓曲線和電壓調(diào)節(jié)限定曲線，這時(shí)電壓的判斷則是從首端開始，往下逐級(jí)進(jìn)行，直到遇到實(shí)際電壓超出電壓限定范圍為止，那么該節(jié)點(diǎn)就是需要進(jìn)行調(diào)壓的節(jié)點(diǎn)，并逐級(jí)往下調(diào)節(jié)，直到電網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓全在調(diào)節(jié)電壓限定曲線范圍之內(nèi)。

當(dāng)然，在以上的無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)過程中，也有因無功補(bǔ)償設(shè)備和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的容量問題造成實(shí)際的調(diào)節(jié)達(dá)不到目的的特殊情況，但是這屬于電網(wǎng)升級(jí)改造的范疇，故不在此討論。

至此，對(duì)于電網(wǎng)三相平衡情況下的低電壓?jiǎn)栴}，已經(jīng)提出了相應(yīng)的調(diào)節(jié)與補(bǔ)償措施。接下來將在此基礎(chǔ)上深入研究在考慮三相不平衡影響后的低電壓解決措施。

5　考慮三相不平衡影響的分序疊加調(diào)節(jié)法及其實(shí)際應(yīng)用

在前面已經(jīng)提到由于負(fù)荷的分布不平衡，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓和電流出現(xiàn)三相不平衡現(xiàn)象，而這又會(huì)進(jìn)一步使得線路損耗出現(xiàn)不平衡，無疑會(huì)加劇整個(gè)電網(wǎng)的不平衡。

按照電力系統(tǒng)中的對(duì)稱分量法，任何一個(gè)非對(duì)稱的三相相量，都可以分解為3個(gè)對(duì)稱的三相相量，分別稱為正序分量、負(fù)序分量和零序分量。零序電流需要以大地作為流通的路徑，但是農(nóng)網(wǎng)屬于中低壓系統(tǒng)，其中性點(diǎn)的工作方式是不接地的［10］。那么在分析農(nóng)網(wǎng)三相不平衡的問題時(shí)，就可以不考慮系統(tǒng)中零序分量的影響，僅考慮正序分量和負(fù)序分量對(duì)電網(wǎng)的影響即可。

于是，對(duì)處于三相不平衡的農(nóng)網(wǎng)，經(jīng)過對(duì)稱分量法的分解之后，就可以等效轉(zhuǎn)化為2個(gè)三相平衡的農(nóng)網(wǎng)，這時(shí)就可以利用前面已經(jīng)提出的調(diào)節(jié)法分別對(duì)其調(diào)節(jié)與補(bǔ)償。

首先分析正序分量網(wǎng)絡(luò)。正序分量網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)三相相量的方向是完全一致的，即A相超前于B相120°、B相超前于C相120°，也就是說正序分量電壓才是真正需要補(bǔ)償至正常值的電壓相量。按照前面無功限定曲線的做法，同樣也可以做出正序分量下對(duì)應(yīng)的無功限定曲線，進(jìn)而得到把正序電壓補(bǔ)償至正常電壓的無功功率補(bǔ)償值，由于此時(shí)三相是對(duì)稱的，故只需要研究一相即可，那么就以A相為例，其在正序網(wǎng)絡(luò)中的無功功率補(bǔ)償值記為QA1。

對(duì)于負(fù)序分量網(wǎng)絡(luò)，負(fù)序分量和系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)三相量的方向是完全相反的，其A相滯后于B相120°、B相滯后于C相120°。正是由于負(fù)序分量的存在，與正序分量疊加以后才導(dǎo)致了電網(wǎng)三相不平衡現(xiàn)象的發(fā)生，因此若要解決電網(wǎng)三相不平衡的問題，關(guān)鍵是要將負(fù)序分量部分消除掉。

消除負(fù)序分量的思想是反向補(bǔ)償?shù)乃枷?，也就是提供相?duì)于補(bǔ)償電壓無功功率的反向無功功率，使得該負(fù)序分量的電壓降為0，由于補(bǔ)償電壓的無功功率是容性的，不難得知該反向的無功功率實(shí)質(zhì)為感性的無功。其確定方法和正序情況下的一致，但是一定要注意其方向和正序下的相反，同樣以A相為例，得到在負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中的無功功率補(bǔ)償值記為QA2。

所得到的正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中的A相的無功功率補(bǔ)償值并非實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中有具體意義的補(bǔ)償值，必須將其轉(zhuǎn)換到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，其轉(zhuǎn)換的思想仍然是按照對(duì)稱分量法將其進(jìn)行疊加，最終得到電網(wǎng)實(shí)際三相需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，即：

式中：a為對(duì)稱分量法中的旋轉(zhuǎn)因子；QA、QB和QC為電網(wǎng)三相分別要進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)膶?shí)際值。

將分序疊加調(diào)節(jié)法應(yīng)用于平?jīng)鍪械奈魅A變電所，該變電所相應(yīng)的實(shí)際情況如表1所示。

在應(yīng)用分序疊加調(diào)節(jié)法之前，首先對(duì)該電網(wǎng)的一個(gè)實(shí)際情況做一次統(tǒng)計(jì)，作為實(shí)施綜合調(diào)節(jié)法之后的一個(gè)對(duì)比，主要統(tǒng)計(jì)參數(shù)為低壓用戶總數(shù)和實(shí)測(cè)低壓用戶的電壓值，另外就是電網(wǎng)的電壓不平衡度。在應(yīng)用分序疊加調(diào)節(jié)法之后，對(duì)應(yīng)地統(tǒng)計(jì)相應(yīng)參數(shù)。調(diào)節(jié)法應(yīng)用前后的數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

表1　變電所實(shí)際情況Fig.1　The actual situation of the substation

表2　數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.2　Comparison of data

從表2可以得出，綜合調(diào)節(jié)法的實(shí)施減少了低壓用戶的總數(shù)，提高了低壓用戶的最低電壓，還減小了電網(wǎng)的三相不平衡度。因此，用分序疊加調(diào)節(jié)法來治理農(nóng)網(wǎng)三相不平衡的低電壓?jiǎn)栴}是有效的。

6　結(jié)論

本研究提出了解決農(nóng)網(wǎng)低電壓的分序疊加調(diào)節(jié)法，以數(shù)學(xué)分析作為確定調(diào)節(jié)原則的理論依據(jù)，并引入調(diào)節(jié)限定曲線和利用對(duì)稱分量法來配合分序疊加調(diào)節(jié)法的實(shí)施。工程的實(shí)際應(yīng)用表明分序疊加調(diào)節(jié)法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）該方法不用改變現(xiàn)有農(nóng)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。

2）能夠有效地治理農(nóng)網(wǎng)低電壓。

3）可以大幅度降低農(nóng)網(wǎng)的三相不平衡度。

4）該方法簡(jiǎn)單并具有可操作性。

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Research on the Low Voltage of Three-Phase Unbalance in Rural Grid

ZHOU Hu1，CHEN Jiali1，XIAN Long2，WU Lizhen2
（1.State Grid Gansu Electric Power Company，Lanzhou 730050，Gansu，China；2.School of Electrical Engineering and Information Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，Gansu，China）

Through studies on the low voltage and unbalance problem in the rural grid，this paper analyzes the current measures taken to solve the problem and finds out the disadvantages of these measures.In view of the disadvantages，this paper proposes a sequence superposition adjustment method to solve the low voltage and unbalance more effectively.Taking the single line power supply network as a model to get the equivalent circuit，the paper analyzes the power flow for it，thereby reveals the relationship between the voltage-power loss and reactive power.The regulating principle of the adjustment method isdetermined withoutconsidering the unbalance provisionally，and the limit curve of adjustment is introduced to match the principle.Furthermore，on this basis，considering the influence of unbalance of the grid as well as the symmetrical component method and adjustment method in the balanced grid，the paper obtains the sequence superposition adjustment method suitable for solving the low voltage and unbalance problem in the rural power grid.Finally，the engineering example has proved the effectiveness of the method.

rural grid；low voltage；unbalance；adjust limit curve；sequence superposition adjustment method

1674-3814（2015）11-0013-06

TM727.1

A

2015-07-28。

周虎（1973—），男，高級(jí)工程師，研究方向電力系統(tǒng)及自動(dòng)化。

（編輯馮露）

國家自然科學(xué)基金資助（51467009）；國家電網(wǎng)公司科研項(xiàng)目資助。

Project Supported by Natural Science Foundation of China（51467009）；Science and Technology Foundation of STATE GRID Corporation of China.