基于接入分布式電源的低壓配電網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}研究

李亞迪 紀(jì)建偉

摘要：在低壓配電網(wǎng)引入分布式電源，可有效的解決農(nóng)村電網(wǎng)“低電壓”問(wèn)題。以簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)等值電路為例，通過(guò)matlab軟件分析未接入分布式電源配電網(wǎng)的末端電壓偏移和接入分布式電源后配電網(wǎng)末端電壓偏移。分析結(jié)果證明，在節(jié)點(diǎn)7和節(jié)點(diǎn)13接入分布式電源，可有效提高農(nóng)村電網(wǎng)的末端電壓。

關(guān)鍵詞：低電壓；分布式電源；電壓偏移；電網(wǎng)末端

中圖分類號(hào)：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）07-0040-03

農(nóng)村地域廣闊、線路供電半徑長(zhǎng)，低壓配電網(wǎng)存在三相線路阻抗不對(duì)稱、負(fù)荷三相不平衡、阻抗比較大等情況，容易出現(xiàn)低電壓?jiǎn)栴}。在負(fù)荷集中使用期，供電半徑大、負(fù)荷波動(dòng)較大的中壓配電線路容易出現(xiàn)負(fù)荷端電壓偏低現(xiàn)象。

分布式電源DG（Distributed Generation）是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在負(fù)荷附近的發(fā)電設(shè)施。根據(jù)使用技術(shù)的不同，分布式發(fā)電裝置可分為熱電冷聯(lián)產(chǎn)發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、小型水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池等。分布式發(fā)電可以增加電網(wǎng)穩(wěn)定性、降低系統(tǒng)網(wǎng)損、改善電網(wǎng)電壓分布和負(fù)荷功率因數(shù)、延緩系統(tǒng)更新速度、增加電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性，是電力工業(yè)的重要發(fā)展方向。

1 農(nóng)村電網(wǎng)低電壓原因分析

1.1 線路設(shè)備狀況較差

首先，農(nóng)村電網(wǎng)運(yùn)行線路的搭建時(shí)間比較早，當(dāng)時(shí)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求都無(wú)法滿足現(xiàn)今用電量的快速增長(zhǎng)和用電需求。雖然進(jìn)行很多次的電網(wǎng)改造，但大部分線路仍然很陳舊，且標(biāo)準(zhǔn)比較低。

1.2 三相不平衡

農(nóng)村居民用電的季節(jié)性突出，設(shè)備利用率不高，夏季和冬季是用電的高峰季節(jié)，加上農(nóng)村種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展快速，導(dǎo)致用電量大幅度增加，每天用電的高峰為晚五點(diǎn)到十一點(diǎn)。在用電高峰時(shí)段，部分配電變壓器滿載或過(guò)載運(yùn)行。由于農(nóng)網(wǎng)改造資金有限，大多配電臺(tái)區(qū)不能依托三相四線來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷平衡，導(dǎo)致單相線路的負(fù)荷較重，電壓也隨之下降。

1.3 無(wú)功補(bǔ)償容量不夠

以前，農(nóng)村的用電負(fù)荷以純阻性負(fù)載為主，現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥照{(diào)、電動(dòng)機(jī)、電磁爐之類的感性負(fù)載為主要，加之農(nóng)網(wǎng)位于電力系統(tǒng)末端，無(wú)功電源先天不足，大量無(wú)功功率被被感性負(fù)載消耗，使配網(wǎng)功率因數(shù)偏低，電壓損耗，最終導(dǎo)致電壓偏低。同時(shí)，重視有功忽略無(wú)功的思想普遍存在，低電壓較嚴(yán)重的一些配電臺(tái)區(qū)有無(wú)功補(bǔ)償不到位。

1.4 電源點(diǎn)布置不足

我國(guó)大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒(méi)有變電站，依靠鄰鄉(xiāng)變電站供電。10 kV線路供電半徑過(guò)大，大量線路超過(guò)供電半徑。同時(shí)，受農(nóng)網(wǎng)資金不足影響，部分10 kV配電線路和低壓臺(tái)區(qū)沒(méi)有得到改造。

1.5 用戶供電半徑大

經(jīng)調(diào)查，我國(guó)農(nóng)村許多變壓器臺(tái)供電半徑超過(guò)允許值。偏遠(yuǎn)山區(qū)部分用戶距離電源點(diǎn)遠(yuǎn)，較多使用單相軋草機(jī)、粉碎機(jī)、潛水泵等設(shè)備，當(dāng)每相同時(shí)使用3臺(tái)及以上設(shè)備時(shí)，電壓偏移較大。同時(shí)，變壓器容量也不能滿足要求。我國(guó)有載變壓器占總數(shù)的49. 5%，制約10 kV母線電壓調(diào)整；裝設(shè)有無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐潆娮儔浩?52臺(tái)，僅占涉及配電臺(tái)區(qū)供電的4.76%，不能滿足調(diào)壓需求。

2 低壓配電網(wǎng)模型

2.1 電網(wǎng)模型簡(jiǎn)化

農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，負(fù)荷具有隨機(jī)性，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，采用圖1簡(jiǎn)化模型來(lái)替代。

2.2 各元件阻抗參數(shù)計(jì)算

2.2.1 變壓器參數(shù)計(jì)算 農(nóng)村變壓器選擇容量100 kVA油浸式變壓器，其中Pk=1500 W，Uk=4%，則：

2.2.2 10 kV輸電線路阻抗計(jì)算 該方案選擇LGJ-25型號(hào)輸電線，輸電線路長(zhǎng)度為10 km，則：

2.2.3 0.4 kV配電線路阻抗計(jì)算 該方案選擇LGJ-16型號(hào)的電力線，計(jì)算長(zhǎng)度為100 m線路的阻抗。

RL=rl=1.98×0.1=0.198（Ω）；XL=xl=0.376×0.1=0.037 6（Ω）。

取SB=0.16 MVA，UB=0.4 kV，則所求阻抗的標(biāo)幺值在數(shù)值上與所對(duì)應(yīng)的有名值相等。

取cosφ=0.8，則1 kW負(fù)荷的標(biāo)幺值為：S=S/SB=（0.001+0.001×tan（arccos0.8）/0.16。

3 未接入分布式電源的低壓配電網(wǎng)電壓偏移

畫(huà)出地理接線的等值電路圖（見(jiàn)圖2），并為每個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，方便表示各節(jié)點(diǎn)的電壓值，利用寫出的矩陣用MATLAB計(jì)算未風(fēng)光互補(bǔ)情況下系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。

由圖3可知，該系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓普遍偏低，部分節(jié)點(diǎn)電壓的電壓值已經(jīng)降到額定電壓的70%，嚴(yán)重影響用戶的用電質(zhì)量。

4 接入分布式電源的低壓配電網(wǎng)電壓偏移

在節(jié)點(diǎn)7、節(jié)點(diǎn)13處各補(bǔ)償8 kW有功功率，則等值電路圖如圖4所示。利用寫出的矩陣用MATLAB計(jì)算風(fēng)光互補(bǔ)情況下系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。

由圖5可知，該系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓基本在0.95～1.00之間，部分節(jié)點(diǎn)電壓的電壓值在0.94～0.95之間，該電壓仍在+5%～-10% Un之間，滿足客戶對(duì)電壓質(zhì)量的要求。

若7節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充8 kW，13節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充10 kW，則用在風(fēng)光互補(bǔ)情況下系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。

從這兩種方法均可以看出，只要選擇合適的補(bǔ)償點(diǎn)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電均可以提高線路末端電壓。

5 結(jié)論

隨著電力用戶對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高，農(nóng)村“低電壓”問(wèn)題已影響供電企業(yè)運(yùn)營(yíng)。分析和研究分布式電源在農(nóng)村電網(wǎng)低電壓治理中的作用，得到以下結(jié)論：1） 分布式電源接入位置不同，低電壓治理效果不同。接入點(diǎn)靠近線路末端、線路越長(zhǎng)，低電壓治理效果越明顯。2） 在低壓配電網(wǎng)中接入分布式電源，可以避免在輸電線路上輸送無(wú)功，減少由輸送無(wú)功產(chǎn)生的功率損耗，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。3） 在農(nóng)村電網(wǎng)中接入分布式電源，可以顯著提高線路的末端電壓，滿足用戶負(fù)荷要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 周海華.淺談農(nóng)村低電壓現(xiàn)象及治理[J].機(jī)電信息，2013（36）：164-165.

[2] 潘少華.基于農(nóng)村低電壓現(xiàn)象的綜合治理研究[J].中國(guó)電業(yè)：技術(shù)版，2011，11（30）：53- 72.

[3] 于曉牧，李立鵬，徐建范.農(nóng)村低電壓?jiǎn)栴}分析與解決辦法[J].陜西電力，2011，4（25）：46-53.

[5] 余東旭.農(nóng)村電網(wǎng)低電壓綜合治理[J].科技風(fēng)，2012，5（25）：13-17.

[6] 劉皓明，朱芳芳，錢程晨.收網(wǎng)算法及其在低壓配電網(wǎng)潮流優(yōu)化中的應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34（4）：43-48.

[7] 李隆先.農(nóng)村低電壓分析及治理[J].新疆電力技術(shù)，2011（2）：27-30.