國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司 張遠(yuǎn)龍

通常農(nóng)村電網(wǎng)投資規(guī)模、力度普遍偏小，其電網(wǎng)項(xiàng)目改造也面臨較大困難，造成了農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展局面全面落后，基于此針對農(nóng)村配電網(wǎng)低電壓問題的有效治理就成為一大關(guān)鍵課題，必須解決農(nóng)村配電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)相對薄弱、維護(hù)不到位、損耗偏高、農(nóng)村人口相對分散等問題，避免農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)中惡性循環(huán)現(xiàn)象的形成。

1 C村配電網(wǎng)的基本狀況分析

1.1 C村配電網(wǎng)的基本狀況

本文以C村配電網(wǎng)作為主要研究對象，深度了解其網(wǎng)架機(jī)構(gòu)、負(fù)荷等方面特征內(nèi)容。C村轄區(qū)內(nèi)供電面積達(dá)到280km2，供電人口達(dá)到29萬，售電量為1.7kWh，當(dāng)?shù)毓╇妳^(qū)域較多，農(nóng)網(wǎng)問題具有明確技術(shù)代表性。就C村配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)情況看來，它所采用的是10kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其中包含了中壓架空線路30條，分段開關(guān)總數(shù)達(dá)到90臺。該區(qū)域電網(wǎng)輻射比例高達(dá)80.2%，但不存在多聯(lián)絡(luò)比例線路與電纜線路，由于這一原因就導(dǎo)致C村配電網(wǎng)低電壓問題出現(xiàn)。

1.2 C村配電網(wǎng)低電壓的主要成因

結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，C村配電網(wǎng)存在低電壓問題，而造成這一問題的主要原因就是C村配電網(wǎng)無功不足及三相負(fù)荷不平衡，因此有必要分析C村配電網(wǎng)無功、三相不平衡與電壓之間關(guān)系，這對治理當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)低電壓問題具有重要價(jià)值意義。以三相不平衡與電壓關(guān)系為例，C村配電網(wǎng)基本遵循以下公式展開配電網(wǎng)電壓平衡度控制：配電變壓器三相負(fù)荷不平衡度=（最大相負(fù)荷-最小相負(fù)荷）/最大相負(fù)荷×100%。

參考國家電網(wǎng)相關(guān)要求，對C村不平衡的三相負(fù)荷分配應(yīng)控制在15%以內(nèi)，而中性點(diǎn)電流則需確保低于變壓器額定電流的25%，如此可有效應(yīng)對負(fù)荷并實(shí)現(xiàn)有效調(diào)整，由此可了解到C村配電網(wǎng)的電壓損耗。

結(jié)合上述電壓損耗算式進(jìn)行假設(shè)，C村配電網(wǎng)臺區(qū)選擇采用三相不平衡臺區(qū)，在經(jīng)過三相不平衡處理以后可達(dá)到三相平衡，重載相輸送有功功率內(nèi)容，如此可提出三相平衡后的電壓損耗變值。如果能夠降低三相負(fù)荷不平衡度，對于減少C村配電網(wǎng)的重載相電壓損耗是非常有利的，在治理C村配電網(wǎng)配變出口與某相電壓明顯降低等方面效果良好。

2 C村配電網(wǎng)TSVG配電臺區(qū)低電壓治理對策分析

C村配電網(wǎng)存在較為明顯低電壓問題，從源頭上治理主要是進(jìn)行無功補(bǔ)償優(yōu)化，配合變壓器分解開關(guān)并進(jìn)行調(diào)整，如此可有效改善配電網(wǎng)電壓質(zhì)量，分析了解配電網(wǎng)無功功率是否處于均勻狀態(tài)。在改善、控制電能質(zhì)量、優(yōu)化無功補(bǔ)償過程中，C村希望有效調(diào)整電力線路設(shè)備承載容量，提高當(dāng)?shù)赜脩粼O(shè)備的整體利用率與電網(wǎng)供電質(zhì)量，如此可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的無功功率平衡效果，最大限度減少電網(wǎng)諧波問題，減少其電網(wǎng)損耗與設(shè)備發(fā)熱量，如此可確保配電網(wǎng)用電設(shè)備正常運(yùn)行，甚至對延長設(shè)備壽命也很有幫助。在C村配電網(wǎng)中主要采用到了TSVG配電臺區(qū)來治理低電壓問題。

2.1 TSVG的基本工作原理

TSVG（Thyristor switch capacitor Static Var Generator）低壓靜止式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置能優(yōu)化制作高容量配電網(wǎng)模塊，隨后可組成運(yùn)行快速且具有連續(xù)調(diào)節(jié)能力的無功高功率電力系統(tǒng)，確保C村低電壓治理工作效率有效提升。C村主要利用TSVG進(jìn)行對配電網(wǎng)的柔性連續(xù)補(bǔ)償，保證輸出容性與感性電流設(shè)置到位，補(bǔ)償無功效果、優(yōu)化諧波問題。從整體看，C村希望通過動態(tài)無功補(bǔ)償控制器來優(yōu)化無功功率，建立明確指令下的快速投切電容器，確保實(shí)現(xiàn)粗細(xì)調(diào)整結(jié)合，建立大容量配電網(wǎng)粗調(diào)機(jī)制，如此也可實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的小容量細(xì)微調(diào)節(jié)，解決低電壓現(xiàn)象問題。

C村是通過TSVG系統(tǒng)投切調(diào)整容量級的，如此可造成無功電能累積，確保TSVG線性連續(xù)投入，追求可建立粗細(xì)調(diào)整結(jié)合，有效克服級差效應(yīng)問題，建立TSVG與TSC跟蹤負(fù)載效果對比機(jī)制。在這里C村希望有效消除電網(wǎng)諧波問題，它也是導(dǎo)致配網(wǎng)低電壓的主要原因。就此需基于三相電路中的瞬時無功率理論來進(jìn)行優(yōu)化，建立配電網(wǎng)外部CT，保證對負(fù)荷電流實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測，保證過濾掉配電網(wǎng)中的諧波分量問題，確?？刂颇孀冄b置能夠在電網(wǎng)中產(chǎn)生相應(yīng)的負(fù)荷電流幅值。

2.2 采用TSVG的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

C村配電網(wǎng)為解決低電壓問題，采用了TSVG配電臺區(qū)并建立仿真技術(shù)體系，優(yōu)化配電臺區(qū)仿真模型。在這過程中主要利用Simulink搭載TSVG農(nóng)網(wǎng)配電臺區(qū)模型，將配電網(wǎng)電抗與電阻比值控制在3，同時調(diào)整功率因數(shù)設(shè)置為0.8，同時優(yōu)化負(fù)載三相平衡，確保非線性、不平衡負(fù)載參數(shù)設(shè)置到位。如此才能正常搭載TSVG配電網(wǎng)配電臺區(qū)模型，為C村解決配電網(wǎng)低電壓問題。

具體來講，可在配電網(wǎng)配變出口位置裝配TSVG裝置，確保配電變壓器二次側(cè)電流與配電出口始終保持相同相位，優(yōu)化無功補(bǔ)償目標(biāo)，在提高出口電壓方面也有促進(jìn)作用，如此可保證變壓器二次側(cè)相電壓有效值提升（至少提升40V到220V）[1]。在裝置中主要采用到了三相四線制結(jié)構(gòu)，有效補(bǔ)償配電網(wǎng)中的不平衡電流，建立補(bǔ)償后的系統(tǒng)中線電流，確保三相負(fù)載與外部補(bǔ)償電流相互平衡，對所使用的TSVG前后負(fù)載電流進(jìn)行調(diào)整，滿足裝置系統(tǒng)諧波水平大幅度下降要求，緩解配電網(wǎng)低電壓問題。

由上述論述可見，要建立TSVG裝置提出無功補(bǔ)償功能，保證TSVG諧波治理功能實(shí)施到位，有效補(bǔ)償電網(wǎng)中所存在的不平衡電流問題，同時也減少配電中流不平衡所造成的損耗問題。C村也建立了0.4kV低電壓等級供配電網(wǎng)機(jī)制，確保設(shè)備裝置中關(guān)鍵技術(shù)、主要功能應(yīng)用到位，要搭建仿真模型深度驗(yàn)證裝置無功補(bǔ)償內(nèi)容，確保諧波治理與不平衡電流補(bǔ)償?shù)轿?。所以說TSVG技術(shù)還是能夠廣泛應(yīng)用于C村配電網(wǎng)系統(tǒng)中的[2]。

3 C村配電網(wǎng)的三級聯(lián)調(diào)控制低電壓治理對策分析

除采用TSVG技術(shù)以外，C村配電網(wǎng)為有效治理低電壓還采用到了三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)，它在C村配電網(wǎng)電壓無功控制方面建立了設(shè)備獨(dú)立控制機(jī)制，保證控制調(diào)控服務(wù)，避免浪費(fèi)配電網(wǎng)調(diào)控裕度。例如，C村配電網(wǎng)低壓側(cè)電壓如處于正常值狀態(tài)，就主要依靠配變分接頭來調(diào)整投入無功補(bǔ)償方式，優(yōu)化配變出口電壓情況，確保10kV饋線調(diào)壓裝置裕度調(diào)控到位，同時提出各級調(diào)控機(jī)制，確保無功補(bǔ)償方式有效提高配變出口位置電壓。這里C村主要針對10kV饋線進(jìn)行調(diào)壓處理，確保裕度調(diào)控到位，協(xié)調(diào)動作，保證調(diào)節(jié)能力有效提高，滿足變電站10kV中壓線路與配電變壓器協(xié)調(diào)控制到位。在這一技術(shù)調(diào)整后，C村的配電網(wǎng)電壓與無功功率都已獲得最優(yōu)控制，基本實(shí)現(xiàn)了對低電壓的有效治理[3]。

3.1 C村配電網(wǎng)三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)的基本原理

C村配電網(wǎng)采用了三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)，該技術(shù)所采用的是電壓無功三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)內(nèi)容，確保將電壓與無功調(diào)整過程轉(zhuǎn)化到C村配電網(wǎng)變電站中，建立中壓電路與配電變壓器聯(lián)合機(jī)制，主要對用戶端電壓值情況進(jìn)行有效監(jiān)測。整個過程中，主要參照電壓無功三級聯(lián)調(diào)來控制調(diào)控配電網(wǎng)技術(shù)操作流程，確保合理有效調(diào)控策略，建立電壓調(diào)控機(jī)制，如此使得用戶電壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平即可[4]。

如圖1所示，三級聯(lián)調(diào)控制對象機(jī)制主要對C村配電網(wǎng)中的10kV線路調(diào)壓器、主變壓器、配電變壓器及各級無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)整，保證所收集的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容快速有效上傳到三級聯(lián)調(diào)控制子系統(tǒng)中，通過控制子系統(tǒng)生成完整控制方案，形成控制子系統(tǒng)，確保配電網(wǎng)中各個分支系統(tǒng)都能建立受控對象優(yōu)化機(jī)制，完成電壓無功控制過程。三級聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)建設(shè)充分考慮到了配電網(wǎng)的電壓等級與調(diào)壓設(shè)備問題，確保基于各級補(bǔ)償設(shè)備優(yōu)化相互配合關(guān)系，建立相鄰協(xié)調(diào)機(jī)制，同時確保包括變電站、饋線在內(nèi)的相互配合有效到位，最大限度發(fā)揮不同設(shè)備調(diào)控裕度，滿足配電網(wǎng)中多級之間的相互協(xié)助控制[5]。

圖1 C村配電網(wǎng)中三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)的工作原理示意圖

3.2 C村配電網(wǎng)三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)的實(shí)施方案

3.2.1 信息傳輸方案

C村配電網(wǎng)首先建立了三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)體系，確保信息傳輸方案應(yīng)用到位。在該過程中它就建立了電壓無功三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)，確保數(shù)據(jù)監(jiān)測、存儲分析與傳輸三級聯(lián)調(diào)控制全過程到位，這些都是C村配電網(wǎng)有效緩解低電壓問題的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。在調(diào)節(jié)原理分析過程中，需基于調(diào)控指令來完善調(diào)控過程，確保電網(wǎng)中不同節(jié)點(diǎn)間的電壓與無功值準(zhǔn)確采集到位，建立電壓無功功率值，形成C村配電網(wǎng)的完整調(diào)控與分析技術(shù)中心。就監(jiān)控部分而言，它希望將電壓與功率因數(shù)融入到主變壓器上，保證配電補(bǔ)償無功設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)用到位，解決開關(guān)數(shù)據(jù)問題，同時采用到GPRS通信實(shí)施線路調(diào)壓器數(shù)據(jù)采集優(yōu)化，提高中心技術(shù)應(yīng)用效率。

C村配電網(wǎng)為最大限度降低低壓問題威脅并優(yōu)化網(wǎng)損，因此采用到了主變壓器集中管理技術(shù)方式，有效滿足配電網(wǎng)電壓與無功優(yōu)化調(diào)控過程，對網(wǎng)點(diǎn)遙測遙信量進(jìn)行有效控制，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣，分析優(yōu)化電壓與無功內(nèi)容，如此得到有效結(jié)論，通過無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行命令調(diào)控，解決配電網(wǎng)故障問題，如通信中斷問題、電壓無功控制安全可靠性問題等。就這一點(diǎn)，C村配電網(wǎng)還采用到了公用配電變壓器，主要對線路無功補(bǔ)償裝置與主變壓器通信中斷內(nèi)容進(jìn)行分析，滿足自動控制運(yùn)行機(jī)制。

大體來講，它首先基于10kV線路無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行設(shè)備監(jiān)控。另外對10kV的配變無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控主站系統(tǒng)進(jìn)行分析，有效調(diào)整SCADA系統(tǒng)，滿足用戶電氣信息采集系統(tǒng)優(yōu)化，獲得三級配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行結(jié)構(gòu)主要參數(shù)。整體而言，C村所建立的電壓無功三級聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)中包含了信息傳輸構(gòu)架體系，確保三級聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)跨越安全區(qū)，并對安全區(qū)域與外互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行綜合分析，確保在配電網(wǎng)中信息傳輸?shù)陌踩耘c可靠性，滿足配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)與無線通信機(jī)制聯(lián)動，它希望將串口通信方式應(yīng)用于多級管理區(qū)域中。

3.2.2 控制過程方案

C村配電網(wǎng)主要基于三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)優(yōu)化控制過程提出控制方案，專門建立了基于電壓無功的三級聯(lián)調(diào)控制系統(tǒng)信息傳輸構(gòu)架圖，其中分為3個區(qū)域，分別為I級安全區(qū)域、II級安全區(qū)域以及III級互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域，為確保信息在傳輸過程中的安全性與可靠性提升，其在通信方式方面專門采用到了無線通信與專用線結(jié)合方式，構(gòu)建串口通信機(jī)制，保證三區(qū)域通信安全，建立三級聯(lián)調(diào)控制技術(shù)控制過方案。

這里主要結(jié)合C村的三級聯(lián)調(diào)方案控制過程展開分析，采用T1代表C村配電網(wǎng)中變電站主變，T2表示變電站中10kV背景下的出現(xiàn)調(diào)壓器所處位置，T3代表配電臺區(qū)，F(xiàn)代表用戶負(fù)荷具體位置?；诖丝商接憙煞N情況，深入研究電壓無功三級方案的控制過程與控制方法。

如圖2。第一種情況，根據(jù)系統(tǒng)電壓值越限展開分析，了解無功未越限問題，結(jié)合不同繁瑣級別的相應(yīng)調(diào)控指令來分析配電網(wǎng)的多種控制過程。比如說通過監(jiān)測設(shè)備來采集數(shù)據(jù)，確保整個配電網(wǎng)中T1/T2/T3與F電壓值滿足下限要求，同時對無功未越限問題進(jìn)行分析，建立信息傳遞技術(shù)體系，確保信息上傳到變電器調(diào)控處理中心，利用控制器分析計(jì)算器技術(shù)內(nèi)容最終發(fā)出命令。具體來講，首先建立了線路自動調(diào)壓裝置，主要對T2進(jìn)行調(diào)壓分析，滿足F位置低電壓問題解決條件的提出，即超出線路自動調(diào)壓器調(diào)壓裕度對T3位置電壓值上限進(jìn)行分析，確保用戶端電壓值滿足調(diào)壓要求。而在變壓器調(diào)控分析中心進(jìn)行分析過程中建立了配變T3抽頭調(diào)整機(jī)制，如此可確保用戶端電壓值均為正常值，直到調(diào)整過程完全結(jié)束。

圖2 C村配電網(wǎng)三級聯(lián)調(diào)方案控制系統(tǒng)接線圖

如果C村配電網(wǎng)所采集到的數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，就可結(jié)合配電網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行電壓值下限調(diào)節(jié)，滿足無功越限要求，優(yōu)化監(jiān)測器檢驗(yàn)要求，主要利用通信技術(shù)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效傳遞，保證配電網(wǎng)中所有主變分接頭滿足電壓值調(diào)節(jié)要求，同時對線路電壓上限值進(jìn)行調(diào)整。再者，C村配電網(wǎng)建立了配電電壓值上限值體系，確保用戶端能夠直接參與到F節(jié)點(diǎn)電壓越限操作中，對調(diào)控處理中心數(shù)據(jù)進(jìn)行針對性計(jì)算，并下達(dá)命令對T3分接頭電壓進(jìn)行有效調(diào)整，確保用戶電壓滿足正常值要求，提高C村配電網(wǎng)低電壓治理水平。如果配電位置T3低電壓則需要進(jìn)行無功補(bǔ)償處理，保證配變位置無功補(bǔ)償裕度控制到位，同時建立線路T2位置的無功越限機(jī)制，保證調(diào)控分析中心指令下達(dá)到位。在線路T2位置則需要專門加裝無功補(bǔ)償裝置，滿足配電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償有效優(yōu)化，同時對電壓內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整平衡，保證調(diào)整過程精細(xì)化，同時滿足主變處T1、線路處T2、配變處T3無功功率值越限要求。

在針對C村配電網(wǎng)特點(diǎn)分析過程中，總體上要建立一套無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)，配合供電電壓機(jī)制優(yōu)化配電網(wǎng)，有效實(shí)現(xiàn)對低電壓的科學(xué)治理。

4 結(jié)語

總結(jié)：低電壓現(xiàn)象一直都是當(dāng)前我國農(nóng)村配電網(wǎng)難以解決的棘手問題，本文中結(jié)合C村配電網(wǎng)低電壓實(shí)際情況與成因進(jìn)行分析，提出了TSVG低壓靜止式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置以及電壓無功三級聯(lián)調(diào)技術(shù)，希望通過這兩點(diǎn)技術(shù)在C村配電網(wǎng)中低電壓治理工作中的有效應(yīng)用來提升其配電網(wǎng)整體供配電水平，同時也為我國農(nóng)村配電網(wǎng)電力技術(shù)體系建設(shè)與內(nèi)容豐富提供有價(jià)值參考。