農(nóng)村電網(wǎng)各級變壓器容量配置分析

郭景文

【摘 要】隨著農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)和改造的實施，農(nóng)村電網(wǎng)的供電能力有了很大提高，但部分區(qū)域的農(nóng)村電網(wǎng)仍然還存在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、網(wǎng)架薄弱、單電源供電、中低壓線路供電半徑過長等問題，供電能力較弱，供電電壓合格率偏低，安全性和可靠性水平不高。部分區(qū)域農(nóng)村電網(wǎng)中，配電變壓器的容量相對過大，而負荷又相對較低，造成了設(shè)備利用率低，網(wǎng)損增大。因此，結(jié)合農(nóng)村電網(wǎng)特點，合理優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的同時，有必要計算和優(yōu)化主變壓器與配電變壓器容量比以及配電變壓器與用電設(shè)備容量比，對農(nóng)村電網(wǎng)各級變壓器容量配置進行分析，從宏觀的角度來反映電網(wǎng)的設(shè)備利用率及經(jīng)濟運行情況。合理配置和優(yōu)化各級變壓器容量，對于降低網(wǎng)損，提高電壓合格率，提高供電可靠性等十分必要。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村電網(wǎng);各級變壓器;容量配置

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，現(xiàn)代電力系統(tǒng)出現(xiàn)了許多變化，其中包含以下幾點：隨著可再生能源的大規(guī)模接入，電網(wǎng)能量來源多樣化;直流輸電與交流輸電并存;微網(wǎng)、智能配網(wǎng)等新概念層出不窮。這些新的發(fā)展方向都有同樣的需求，電網(wǎng)需要更多的控制和調(diào)節(jié)手段。作為電網(wǎng)的核心設(shè)備，傳統(tǒng)的電力變壓器作用單一，并不能很好的滿足未來電網(wǎng)的需求。作為一種新型的電力變壓器，電子電力變壓器不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)電力變壓器的功能，還可以實現(xiàn)連續(xù)有載調(diào)壓、無功調(diào)節(jié)、諧波隔離、短路電流阻斷、新能源并網(wǎng)、交直流混合組網(wǎng)等新的功能。電子電力變壓器具有多種控制和調(diào)節(jié)的手段，在未來電網(wǎng)中將有廣闊的發(fā)展空間。

1主變壓器與配電變壓器容量配置分析

主變壓器與配電變壓器容量的配置是否合理，是在考慮一定條件下，計算分析容量總和之比，即：

式中：∑Sze、∑Spe分別為主變壓器、配電變壓器額定容量，kVA;cosφ1、cosφ2分別為主變壓器、配電變壓器功率因數(shù)，可分別取0.95和0.8;Kzj、Kpj分別為主變壓器、配電變壓器經(jīng)濟負荷系數(shù)，可分別取0.6和0.5;Kt為變電站母線上負荷同時系數(shù)，一般為0.47～0.63;ΔP為10kV電網(wǎng)允許功率損失率，35kV電網(wǎng)取3%，10kV電網(wǎng)取7%，380/220V電網(wǎng)取12%。

通過定性分析，由于Kz/Kpj≈1，故ε1≈Kt。

從上式可以看出，主變壓器與配電變壓器容量比的合理值近似等于變電站母線上的負荷同時系數(shù)，所以農(nóng)村電網(wǎng)主變壓器和配電變壓器容量比的合理數(shù)值為0.47～0.63。

實際建設(shè)工程中，在變電站主變壓器正常運行方式下，所帶配電變壓器容量總和約為主變壓器容量的2倍。但由于部分農(nóng)村區(qū)域負荷較小，配電變壓器負載率較低，可適當增加所帶配電變壓器數(shù)量和容量，但配電變壓器容量最多不宜超過主變壓器容量的3倍。在實際建設(shè)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況予以分析。

2整體配置原則

在農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)備容量配置參數(shù)中，ε1是相對參數(shù)，ε2是基本參數(shù)。只有ε1、ε2在合理范圍內(nèi)，整個電網(wǎng)設(shè)備配置才合理。如果ε2超出合理范圍，即使ε1相對合理，其整體配置也不能算是合理的。一般來說，為滿足農(nóng)村用電的實際需求，應(yīng)盡可能發(fā)揮配電變壓器與用電設(shè)備利用率，為此ε2較合理地配置比例以0.56～0.61為宜，而ε1以0.47～0.63為宜。故此，各級變壓器容量配置是否合理，是相輔相成的，首先應(yīng)確保最末端的配電變壓器所帶用電設(shè)備容量配置合理，然后變電站主變壓器所帶配電變壓器容量的合理配置才有意義。如果配電變壓器容量與用電設(shè)備容量配置不合理，即使主變壓器容量與配電變壓器容量配置最優(yōu)，但因主變壓器負載率較低，也將造成整個配電網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟性不高。

3電力電子變壓器控制策略

3.1高壓級控制策略

PET高壓級的控制策略如圖8所示。將高壓級所有功率模塊的直流母線電壓平均值udc_av進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)了輸入PET總有功功率的控制。通過注入零序電壓，調(diào)整了電網(wǎng)故障工況下有功功率在3條換流鏈的分配，保證了高壓級相間功率的均衡。當PCC點電壓在正常范圍0.9～1.1pu時，PET高壓級為單位功率因數(shù)控制，無功電流控制為0;當電網(wǎng)正序電壓超出該范圍時，PET對PCC點電壓進行閉環(huán)控制，輸出無功電流支撐電網(wǎng)電壓的恢復(fù)，其中k為PET的特性斜率。電流內(nèi)環(huán)采用雙旋轉(zhuǎn)坐標系矢量控制，以電網(wǎng)正序電壓矢量定向，分別對正序dq軸電流和負序dq軸電流進行閉環(huán)控制，為了增大電網(wǎng)故障后正序無功電流的輸出能力，將負序電流控制為0，電流內(nèi)環(huán)控制得到的調(diào)制波ui（i=a，b，c）作為i相換流鏈所有模塊的調(diào)制波進行調(diào)制。

3.2隔離級控制策略

隔離級控制策略非諧振型DAB傳輸?shù)挠泄β蕿?/p>

式中：Ui為DAB輸入側(cè)直流電壓;φ為DAB的移向角。將低壓側(cè)直流電壓進行閉環(huán)控制，得到總的移向角φ。由于DAB低壓側(cè)直流母線電壓并聯(lián)，因此對低壓直流電壓Uo閉環(huán)控制就控制了所有DAB傳輸至低壓級的總有功功率。

在實際系統(tǒng)中，各個DAB的電感大小、高頻變壓器漏抗等存在一定的差異性，如果采用相同的移向角，其傳輸?shù)挠泄β蕦⒉煌?，進而導(dǎo)致PET高壓級換流鏈內(nèi)直流電壓的不均衡。因此需要對各個DAB的移向角進行調(diào)整，具體為：分別將每條換流鏈內(nèi)子模塊直流電壓Uij（i=a，b，c;j=1～N）與該條換流鏈電壓的平均值Udci（i=a，b，c）做差，利用PI調(diào)節(jié)器進行閉環(huán)控制得到該換流鏈各個DAB的移向角修正量△φij，△φij與φ相加得到DAB的最終移向角φij。

3.3低壓級控制策略

低壓級為電壓源，將低壓級輸出的三相交流電壓變換至dq旋轉(zhuǎn)坐標系，d軸電壓控制為給定電壓，q軸電壓控制為0，橋臂N采用占空比為50%的方波進行調(diào)制，開關(guān)頻率與其他三相相同。由于低壓級為三相四線拓撲，因此采用SPWM進行調(diào)制。

結(jié)語

合理配置變電站主變壓器與配電變壓器容量以及配電變壓器與用電設(shè)備的容量，對農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化有一定的效果。但優(yōu)化完善電源點布點，是農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一項重要內(nèi)容，變電站布點的多少及其容量的大小，直接影響農(nóng)村電網(wǎng)的合理性和技術(shù)經(jīng)濟性。

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（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）