郊區(qū)低壓臺區(qū)無功特性分析及其治理策略研究

史帥彬　劉莎　王鑫++俞龍飛

【摘 要】郊區(qū)低壓臺區(qū)存在線路結(jié)構(gòu)不合理、季節(jié)性負(fù)荷比重大，導(dǎo)致電壓合格率偏低的問題，使得低壓臺區(qū)產(chǎn)生額外的電量損耗。本文通過分析某低壓配網(wǎng)三種典型臺區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和高峰月用電情況，明確了各典型臺區(qū)無功特點，提出了以降低網(wǎng)損為目標(biāo)的無功補(bǔ)償治理策略，并從典型臺區(qū)中選取兩個進(jìn)行算例分析。

【關(guān)鍵詞】郊區(qū)低壓臺區(qū)；無功特性；無功補(bǔ)償策略

0 引文

由于郊區(qū)具有地域廣、農(nóng)業(yè)負(fù)荷多等特點，其低壓臺區(qū)含有大量的抽水泵、增氧泵等間歇性、季節(jié)性泵類負(fù)荷設(shè)備，使其動態(tài)無功需求大；同時低壓臺區(qū)存在線路長、線徑小、卡脖子和迂回供電等問題，且一些農(nóng)村住宅用戶采用“串燈籠”式的供電方式，線路需要輸送大量的無功功率，使得臺區(qū)電壓偏低；但在部分月份用電量少，無功補(bǔ)償沒有及時切除，而無功過剩又會導(dǎo)致線路無功倒送，引起電壓偏高。因此合理的無功補(bǔ)償策略可以在減少配網(wǎng)損耗、提高臺區(qū)電壓質(zhì)量。

而目前國內(nèi)采用的辦法絕大多數(shù)都是運(yùn)維人員根據(jù)操作經(jīng)驗和主觀判斷，選擇設(shè)備老化、電壓質(zhì)量等問題嚴(yán)重的臺區(qū)作為無功補(bǔ)償對象。采用這種方法的局限性體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）未必滿足低壓配網(wǎng)臺區(qū)的實際狀況，補(bǔ)償效益不高；

（2）當(dāng)臺區(qū)數(shù)據(jù)量很大時，篩選過程繁瑣、低效；

（3）篩選過程主觀性強(qiáng)，缺乏科學(xué)系統(tǒng)的判斷依據(jù)。

對于郊區(qū)低壓臺區(qū)的無功特性治理策略，文獻(xiàn)[1]分析了郊區(qū)低壓臺區(qū)基本現(xiàn)狀和出現(xiàn)問題的原因；文獻(xiàn)[2]提出根據(jù)日負(fù)荷變化進(jìn)行低壓臺區(qū)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?，實現(xiàn)線路和大用戶的隨機(jī)補(bǔ)償，以解決邊遠(yuǎn)山區(qū)低壓配電臺區(qū)線路過長、末端電壓低的問題；文獻(xiàn)[3-4]提出低壓精細(xì)化無功自動補(bǔ)償裝置，解決郊區(qū)區(qū)域負(fù)荷周期性波動的問題；文獻(xiàn)[5]提出了一種低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償分散配置優(yōu)化方法，先以所有負(fù)荷節(jié)點作為候選補(bǔ)償點求解優(yōu)化模型，再選定幾個重要補(bǔ)償點再求解優(yōu)化模型，獲得理想的分散無功補(bǔ)償配置方案。以上的文獻(xiàn)中提到的無功治理策略缺乏對不同臺區(qū)特性的分析，不能針對不同的典型臺區(qū)提出更合適的治理方案。

本文擬從某低壓臺區(qū)選取三類典型臺區(qū)，并根據(jù)典型臺區(qū)的年用電量、線路長度以及用電高峰月份等特點進(jìn)行并無功特性分析；提出以降低損耗為目標(biāo)的無功補(bǔ)償策略優(yōu)化模型，并選取兩個臺區(qū)進(jìn)行算例分析。

1 某分區(qū)供電局的低壓臺區(qū)概況

2012年某分區(qū)供電局全采樣綜合電壓合格率為91.46%，其中就0.4kV低壓配網(wǎng)而言，全采樣綜合電壓合格率74.64%；2013年，全采樣綜合電壓合格率為94.93%，同比升幅3.77%，其中就0.4kV低壓配網(wǎng)而言全采樣電壓合格率為81.68%，同比升幅12.11%。2012-2013年全年的0.4kV低壓配網(wǎng)臺區(qū)的電壓合格率如圖1所示：

圖1 2012-1013年全年的0.4kV某低壓配網(wǎng)臺區(qū)的電壓合格率

從圖1中可以看出：

（1）2012年該低壓配網(wǎng)臺區(qū)電壓合格率是比較低的，尤其是1-3月份，電壓合格率低于70%。這可能是由于春節(jié)期間負(fù)荷較輕，而臺區(qū)又多采用配電變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償，導(dǎo)致某些地方電壓偏高的緣故。

（2）2012年該臺區(qū)8-10月份電壓合格率較1-3月份略有提升，但是電壓合格率仍然偏低，這主要是因為在夏季大量魚塘、蝦塘中增氧泵以及住民空調(diào)的使用、臺區(qū)供電半徑過長以及配變的電壓檔位數(shù)量不合理等因素的影響，臺區(qū)末端電壓越下限。

（3）2013年全年的電壓合格率比2012年有所提高，這主要是因為從2013年10月份開始該局部分臺區(qū)安裝了無功補(bǔ)償裝置，能夠根據(jù)電壓的情況迅速的投入或者切除補(bǔ)償電容，并取得了一定效果。

綜上所述，隨著無功補(bǔ)償裝置的投入該局的電壓質(zhì)量逐步在改善，但是由于無功補(bǔ)償裝置性能和覆蓋率等問題，所以仍然均存在嚴(yán)重的電壓質(zhì)量問題，電壓不合格率全年普遍偏高。

且由于該分區(qū)低壓配網(wǎng)的臺區(qū)數(shù)目眾多，因此在對眾多低壓配網(wǎng)臺區(qū)中進(jìn)行分類并從各類臺區(qū)中篩選出無功需求大，迫切需要進(jìn)行無功治理的試點臺區(qū)進(jìn)行詳細(xì)分析顯得尤為必要。

2 典型臺區(qū)無功特性分析

臺區(qū)類型眾多，特性各異，難以逐一進(jìn)行分析。本文以郊區(qū)低壓臺區(qū)為對象，并選定三種類型的典型臺區(qū)進(jìn)行分析，包括農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村住宅和墟鎮(zhèn)住宅。根據(jù)收資獲得三類臺區(qū)總計25個典型臺區(qū)作為分析對象，基本信息如表1所示：

根據(jù)對現(xiàn)有的典型臺區(qū)資料（三類總計25個典型臺區(qū)）進(jìn)行統(tǒng)計，包括2012-2013年抄表電量數(shù)據(jù)、線路長度等，數(shù)據(jù)顯示所有臺區(qū)均存在一個共同的特點就是負(fù)荷季節(jié)性較為明顯，特別是農(nóng)業(yè)灌溉類的臺區(qū)峰谷差值較大，故選取一年之中6-11月份用電量相對較大的6個月的電量作為高峰月份用電量進(jìn)行分析，各典型臺區(qū)的統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

從表2中三類典型臺區(qū)各項數(shù)據(jù)可以歸納出該分區(qū)供電局的低壓臺區(qū)的無功特性：

（1）農(nóng)業(yè)灌溉臺區(qū)：供電半徑長，存在大量魚塘、蝦塘，電量峰谷差異明顯，夏季無功需求較多；由于魚塘、蝦塘等養(yǎng)殖業(yè)含有大量的抽水泵、增氧泵等泵類負(fù)荷設(shè)備，夏季用電量會增加，出現(xiàn)明顯的電壓暫降和電壓偏低的現(xiàn)象，一些泵類負(fù)荷設(shè)備的感應(yīng)電動機(jī)因啟動轉(zhuǎn)矩過小而無法啟動。

（2）農(nóng)村住宅：負(fù)荷均呈現(xiàn)“串燈籠”接線方式，線徑較小，空調(diào)的季節(jié)性使用明顯，使的夏、冬兩個季節(jié)會出現(xiàn)負(fù)荷高峰，臺區(qū)的無功需求也會增加，因此整個臺區(qū)的網(wǎng)損較大，臺區(qū)末端的電壓明顯偏低；由于負(fù)荷呈現(xiàn)“串燈籠”接線方式，在采用變壓器低壓側(cè)集中無功補(bǔ)償時會出現(xiàn)首段電壓明顯的偏高，而末端電壓偏低的現(xiàn)象。

（3）墟鎮(zhèn)住宅：臺區(qū)線路分支多，供電半徑長，負(fù)荷比其他類型臺區(qū)密集。其負(fù)荷為居民用電和商業(yè)用電相結(jié)合，密度高，用電量大于之前兩類臺區(qū)，線路末端無功需求量較大。

3 低壓臺區(qū)治理策略研究

假定對配網(wǎng)臺區(qū)各個節(jié)點（除變壓器一次側(cè)和二次側(cè)節(jié)點）的補(bǔ)償容量都進(jìn)行優(yōu)化分析。一個輻射型配電網(wǎng)系統(tǒng)如圖2所示，共有n個節(jié)點a條支路，其中節(jié)點n為平衡節(jié)點，其余的都是PQ節(jié)點，對節(jié)點1～b接入并聯(lián)電容器。

模型的變量包括n-1個節(jié)點的相角？茲和所有n個節(jié)點的電壓幅值V、b個并聯(lián)補(bǔ)償電容，共2（n-1）+b個。即：

通過對指定臺區(qū)所有節(jié)點的電壓、無功進(jìn)行潮流計算，能夠直觀的看出哪些節(jié)點無功缺口較大，從而能夠更加明確無功補(bǔ)償?shù)奈恢靡约按笮。瑥亩鴮崿F(xiàn)節(jié)電降損目標(biāo)的最大化，避免了以往盲目補(bǔ)償造成的投資浪費。

4 算例分析

4.1 A2低壓配網(wǎng)臺區(qū)

通過無功優(yōu)化來確定最佳補(bǔ)償容量，無功優(yōu)化模型中目標(biāo)函數(shù)為網(wǎng)損最小，約束條件為節(jié)點電壓和補(bǔ)償容量，如表3和表4是A2無功補(bǔ)償前后的電壓和網(wǎng)損的比較情況。

由表3表明，由于節(jié)點6、7、8、9的負(fù)荷比較重，加上線路較長，電壓降落相對較大，其電壓偏移不符合額定電壓±10%之內(nèi)的要求。對配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償優(yōu)化以后，大大的降低了電壓偏離程度，特別是負(fù)荷比較重的節(jié)點6、7、8、9，它們的電壓幅值提升非常明顯，比原來更接近額定電壓，所有節(jié)點電壓都在合格范圍內(nèi)。表4可以看出，網(wǎng)損有很大的改善，補(bǔ)償前為40.6756kW，補(bǔ)償后為24.688kW。

根據(jù)以上分析表明，通過對該配電網(wǎng)系統(tǒng)以網(wǎng)損為目標(biāo)進(jìn)行無功補(bǔ)償優(yōu)化以后，電壓偏離程度降低，網(wǎng)損減少，無功補(bǔ)償效果非常明顯。

優(yōu)化后各節(jié)點無功補(bǔ)償容量如表5所示：

4.2 B3低壓配網(wǎng)臺區(qū)

以網(wǎng)損為目標(biāo)的無功補(bǔ)償優(yōu)化計算結(jié)果如表6、表7所示：

由表6表明，由于線路較長，節(jié)點9～14位于線路末端，電壓降落相對較大，其電壓偏移不符合額定電壓±10%之內(nèi)的要求。對配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償優(yōu)化以后，大大的降低了電壓偏離程度，這些節(jié)點的電壓幅值提升都非常明顯，比原來更接近額定電壓。

由表7表明，對該配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償優(yōu)化以后，有效地降低了整個系統(tǒng)的網(wǎng)損，網(wǎng)損占總負(fù)荷的比例從補(bǔ)償前的23.31%降低為補(bǔ)償后的19.38%，降低了3.93%。

根據(jù)以上分析表明，通過對該配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行以網(wǎng)損為目標(biāo)進(jìn)行無功補(bǔ)償優(yōu)化以后，電壓偏離程度降低，網(wǎng)損減少，無功補(bǔ)償效果非常明顯。

優(yōu)化后各節(jié)點無功補(bǔ)償容量如表8所示：

5 結(jié)論

本文通過某供電局低壓臺區(qū)的基本現(xiàn)狀：

（1）分析了某供電局三類典型臺區(qū)的進(jìn)線路結(jié)構(gòu)、無功和電壓特性；

（2）針對典型臺區(qū)提出了治理策略分析方法——對不同無功/電壓特性的低壓臺區(qū)應(yīng)采取不同的治理策略或措施，才能取得較好的成果；

（3）并在典型臺區(qū)中選出兩個臺區(qū)進(jìn)行算例分析。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]