基于增強(qiáng)魯棒性的農(nóng)網(wǎng)低電壓解決措施研究

許永

摘要：近年來(lái)，農(nóng)村電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)攀升，用戶在用電高峰期用電時(shí)出現(xiàn)的“馬力不足”“低電壓”問(wèn)題日益凸顯。為適應(yīng)新時(shí)代供電企業(yè)優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境的工作要求，以電壓質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)服務(wù)、供電可靠性為抓手，抓牢“三基”、全面推進(jìn)“低電壓”常態(tài)化綜合治理，逐步解決“低電壓”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)提升用戶電壓合格率、公變出口電壓合格率的目標(biāo)，公司員工通過(guò)反復(fù)推敲，提出“低電壓”治理五步工作法，率先贏得了客戶贊譽(yù)，提高了企業(yè)效益?；诖耍酒恼聦?duì)基于增強(qiáng)魯棒性的農(nóng)網(wǎng)低電壓解決措施進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)魯棒性;農(nóng)網(wǎng);低電壓;解決措施

配電網(wǎng)絡(luò)尤其是農(nóng)村低壓配電網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期存在“低電壓”問(wèn)題。各地供電企業(yè)都在通過(guò)各種措施查找原因，再采取有針對(duì)性的對(duì)策提升配電網(wǎng)末端電壓。電壓是衡量電能質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。根據(jù)《電能質(zhì)量供電電壓偏差》（GB/T12325-2008）相關(guān)規(guī)定：20kV及以下三相供電電壓允許偏差范圍為-7%～7%，220V單相供電電壓允許偏差范圍為-10%～7%，當(dāng)電壓值的偏差超出這個(gè)范圍，則表示電能質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，其中以“低電壓”問(wèn)題尤為突出。

一、研究背景

農(nóng)網(wǎng)低電壓的魯棒性衡量了網(wǎng)絡(luò)對(duì)外界干擾（如蓄意攻擊或隨機(jī)故障）的響應(yīng)能力，在這種變化下（移除部分節(jié)點(diǎn)或邊）保持其功能的網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為比不能保持其功能的網(wǎng)絡(luò)更加魯棒。大量的研究已經(jīng)證實(shí)，重連機(jī)制是一種簡(jiǎn)單且有效的方式，常用于調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。重連機(jī)制，即受影響的節(jié)點(diǎn)與故障節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)連接，并以特定的概率連接到另外一個(gè)非故障節(jié)點(diǎn)。大量重連機(jī)制用于提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性?；?階零模型的重連機(jī)制，通過(guò)對(duì)邊隨機(jī)刪除和創(chuàng)建操作，提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。盡管基于0階零模型的重連機(jī)制保持了網(wǎng)絡(luò)的邊數(shù)，但會(huì)引起節(jié)點(diǎn)的度值發(fā)生變化，如基于香農(nóng)熵的重連算法?；?階零模型的重連機(jī)制通過(guò)隨機(jī)選擇兩條邊進(jìn)行重連操作，以提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。盡管保持了網(wǎng)絡(luò)的分布不變，但隨機(jī)選邊難以準(zhǔn)確找到合適的節(jié)點(diǎn)，增加了算法的時(shí)間復(fù)雜度，如基于最大連通分支的重連算法。

二、低電壓成因分析

（一）低壓供電半徑過(guò)長(zhǎng)

低壓供電半徑過(guò)長(zhǎng)是引起配電網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}的主要原因之一。由于農(nóng)村配電網(wǎng)分布范圍廣且較為分散，低電壓?jiǎn)栴}在配電網(wǎng)中并不具有整體性，只是配電網(wǎng)中一個(gè)或幾個(gè)較遠(yuǎn)分支用戶出現(xiàn)低電壓，且隨著供電距離的增加，線路損耗問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，電壓降明顯，低電壓?jiǎn)栴}就越突出。

（二）10kV線路末端電壓低

在農(nóng)村配電網(wǎng)系統(tǒng)中，受上級(jí)電源點(diǎn)配置不足的影響，不僅增加了10kV線路供電半徑，同時(shí)還會(huì)引起10kV線路末端電壓低。據(jù)該局相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，10kV中壓線路共347條，所涉線路的平均長(zhǎng)度為6.02km，比中壓線路的規(guī)定供電半徑還要長(zhǎng)1.02km，直接引起的后果就是，線路末端或分支上的配變電壓過(guò)低，影響供電質(zhì)量。

三、基于增強(qiáng)魯棒性的農(nóng)網(wǎng)低電壓解決措施研究

（一）開(kāi)展“低電壓”治理

回頭看常態(tài)管理，雖然通過(guò)運(yùn)維加工程治理的策略，消除了“低電壓”，但是隨著線路負(fù)荷、運(yùn)行年限、環(huán)境的變化，季節(jié)性“低電壓”問(wèn)題依然突出，隨著居民生活水平不斷提高，農(nóng)村地區(qū)大功率用電設(shè)備逐年猛增，每年的夏、冬兩季短時(shí)“低電壓”問(wèn)題依然存在。精準(zhǔn)立項(xiàng)，保證項(xiàng)目的準(zhǔn)確性、針對(duì)性和可實(shí)施性。通過(guò)對(duì)“低電壓”問(wèn)題成因進(jìn)行分析，結(jié)合“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”原則，建立“低電壓”治理項(xiàng)目?jī)?chǔ)備，剖析中低壓結(jié)構(gòu)問(wèn)題、針對(duì)配變戶均容量、供電半徑等重點(diǎn)數(shù)據(jù)，從根本上解決“低電壓”問(wèn)題。閉環(huán)管理，針對(duì)所有用戶、臺(tái)區(qū)出現(xiàn)“低電壓”的情況，嚴(yán)格執(zhí)行問(wèn)題閉環(huán)管理機(jī)制，根據(jù)PDCA循環(huán)法則，做到發(fā)現(xiàn)一處，治理一處，歸檔一處，確保治理過(guò)程中不遺漏問(wèn)題用戶或臺(tái)區(qū)。

（二）限制圓特性及控制策略

綜合電流限制圓特性和電壓限制圓特性的分析，可以得出農(nóng)網(wǎng)末端的電網(wǎng)模型運(yùn)行在限制因素下的幾何特性為：

由（1）式所描述的電流限制圓特性區(qū)域與由 （2）式所描述的電壓限制圓特性區(qū)域的交集（如圖1所示），即該區(qū)域?yàn)殡娋W(wǎng)正常運(yùn)行的可運(yùn)行區(qū)域，而其他區(qū)域則為非正常區(qū)域。顯然，可運(yùn)行區(qū)域的大小影響著低電壓解決措施應(yīng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的能力，直接決定著解決措施魯棒性的強(qiáng)弱。

因此，為了有效解決農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}，就應(yīng)借助電流電壓限制圓特性，確定針對(duì)解決農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}且符合電網(wǎng)限制要求的電網(wǎng)運(yùn)行電壓Ug的大小，使得電網(wǎng)的可運(yùn)行范圍增大，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的性能得到改善，最終達(dá)到增大解決措施應(yīng)用范圍的目的，切實(shí)增強(qiáng)解決措施的魯棒性。首先分析Ug的變化對(duì)外圓的影響，三種不同Ug情況下的對(duì)比示意圖（如圖2所示）。結(jié)合圖形分析不難得出，Ug逐漸增大，外圓的圓心將在縱軸的負(fù)半軸向下移動(dòng)，如圖中所示3種情況的a，b，c點(diǎn)，三種情況下所對(duì)應(yīng)的外圓為圓1，2，3，在僅考慮外圓和電流限制圓的情況下，電網(wǎng)可運(yùn)行區(qū)域?yàn)橥鈭A內(nèi)部區(qū)域與電流限制圓內(nèi)部區(qū)域的交集，顯然，從圖2中可以看出Ug的變化對(duì)該交集區(qū)域的變化并不是很大。

接下來(lái)分析Ug的變化對(duì)內(nèi)圓的影響，電網(wǎng)最終的可運(yùn)行區(qū)域是在上面僅考慮外圓和電流限制圓的情況下，再結(jié)合考慮內(nèi)圓的限制，即外圓和電流圓交集區(qū)域再與內(nèi)圓外部的交集區(qū)域。同理，三種不Ug情況下的對(duì)比示意圖（如圖3所示）。

同樣，Ug逐漸增大，內(nèi)圓的圓心將在縱軸的負(fù)半軸向下移動(dòng)，如圖中所示三種情況的a，b，c點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的圓分別為圓1，2，3，隨著圓心的下移，內(nèi)圓也整體隨著下移，那么將會(huì)導(dǎo)致最終的可運(yùn)行區(qū)域增大。但是當(dāng)內(nèi)圓繼續(xù)下移至其不再與電流限制圓有交集區(qū)域時(shí)，可運(yùn)行區(qū)域也將不會(huì)再增大。因此，所求得的最佳網(wǎng)側(cè)運(yùn)行電壓Ugbest可使得系統(tǒng)正常運(yùn)行范圍為最大，切實(shí)增強(qiáng)了解決農(nóng)網(wǎng)低電壓?jiǎn)栴}措施的魯棒性。

（三）增加并聯(lián)補(bǔ)償裝置仿真驗(yàn)證

電流通過(guò)配電網(wǎng)線路傳輸時(shí)，會(huì)在線路阻抗上產(chǎn)生有功和無(wú)功損耗，進(jìn)而引起負(fù)荷電壓降低，增加并聯(lián)補(bǔ)償裝置，對(duì)配電變壓器進(jìn)行集中補(bǔ)償，負(fù)荷自然功率因數(shù)為0.9，補(bǔ)償采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法，將負(fù)荷功率因數(shù)提升至0.95，補(bǔ)償容量由配電變壓器最大負(fù)荷確定。采用并聯(lián)補(bǔ)償裝置后，有效提高了線路末端負(fù)荷電壓，針對(duì)功率因數(shù)較低類型“低電壓”臺(tái)區(qū)，可以采用并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)“低電壓”問(wèn)題進(jìn)行治理。

（四）配電自動(dòng)化規(guī)劃

①就地型饋線自動(dòng)化不依賴于主站和通信，動(dòng)作可靠、處理迅速，能適應(yīng)較為惡劣的環(huán)境，自適應(yīng)綜合型是就地型的一種，具有定值自適應(yīng)，方式調(diào)整不需重設(shè)的優(yōu)點(diǎn)，是通過(guò)“無(wú)壓分閘、來(lái)電延時(shí)合閘”方式，結(jié)合短路/接地故障檢測(cè)技術(shù)與故障路徑優(yōu)先處理控制策略，配合變電站出線開(kāi)關(guān)二次合閘，實(shí)現(xiàn)多分支多聯(lián)絡(luò)配電網(wǎng)架的故障定位與隔離自適應(yīng)，一次合閘隔離故障區(qū)間，二次合閘恢復(fù)非故障段供電。目前線路上用型號(hào)為ZW20B-12的柱上斷路器做分段開(kāi)關(guān)，該型號(hào)斷路器為三相共箱式全密封結(jié)構(gòu)，彈簧操作機(jī)構(gòu)，真空滅弧，SF6氣體作為外絕緣。產(chǎn)品通過(guò)航空插頭連接，具備自動(dòng)化接口。外配PT和重合閘控制器后，可以實(shí)現(xiàn)重合器功能。線路上現(xiàn)有需要進(jìn)行改造的斷路器有4個(gè)，另外在支線上需新增一個(gè)斷路器，改造時(shí)需要對(duì)5臺(tái)斷路器加裝電源側(cè)的PT和具備單相接地故障暫態(tài)特征量檢出功能的新型配電終端。②故障自動(dòng)定位裝置。變電所出口處安裝一組指示器，以便于發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生在所內(nèi)還是所外。無(wú)分支的主干線，根據(jù)地形條件和周圍環(huán)境等綜合條件來(lái)考慮安裝間隔，可以每20至40根電桿安裝一組指示器;有分支線路的，每條分支線和干線“T”接點(diǎn)的負(fù)荷側(cè)，各安裝一組指示器;分支線路較長(zhǎng)的，可以在分支線1/2處安裝一組。③主站功能選擇。根據(jù)規(guī)劃以及實(shí)際項(xiàng)目安排，氣田主站只需實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視、拓?fù)浞治?、告警分析、饋線自動(dòng)化等基本分析應(yīng)用。

（五）合理配置電網(wǎng)負(fù)荷

確保配電網(wǎng)絡(luò)的電源。供電不僅是電網(wǎng)運(yùn)行的基本功能，也是電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移的根本原因。在中壓配電網(wǎng)故障的過(guò)程中，仍然可以通過(guò)雙回路，三回路和環(huán)網(wǎng)供電等方式來(lái)保證電網(wǎng)的連續(xù)性。考慮到電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中雙回路和三回路的不穩(wěn)定性，并且供電過(guò)程容易不足，因此盡量采用環(huán)網(wǎng)供電方式，將功耗降低到最小。同時(shí)需要注意的是，當(dāng)環(huán)網(wǎng)外的開(kāi)環(huán)用戶遇到故障時(shí)，應(yīng)設(shè)置2分鐘內(nèi)恢復(fù)供電的上限時(shí)間，以確保電網(wǎng)能夠在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。

四、結(jié)束語(yǔ)

電壓質(zhì)量直接影響著供電水平，解決低電壓對(duì)于提高用電質(zhì)量、減少損耗有著十分重要的作用。在治理過(guò)程中應(yīng)結(jié)合具體問(wèn)題對(duì)癥下藥，采取相應(yīng)的治理措施才能更好地解決問(wèn)題，有效控制“低電壓”所造成的影響，進(jìn)一步提升末端用戶電能質(zhì)量和用電體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃長(zhǎng)軍.農(nóng)網(wǎng)“低電壓”治理措施探析[J].農(nóng)村電工，2019，27（10）：41-42.