農(nóng)村電網(wǎng)節(jié)能技術(shù)綜述

甘海慶，辛 永

（1.南京供電公司，南京 211500；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192）

1 綜合節(jié)能技術(shù)

農(nóng)網(wǎng)綜合節(jié)能降損技術(shù)即為綜合應(yīng)用節(jié)能設(shè)備、節(jié)能技術(shù)及節(jié)能管理手段，以達(dá)到電網(wǎng)節(jié)能降損的目標(biāo)，主要應(yīng)圍繞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、無功補(bǔ)償、線損分析與管理、節(jié)能設(shè)備應(yīng)用、需求側(cè)管理等方面而開展。

在設(shè)備節(jié)能方面，應(yīng)用節(jié)能型配電變壓器可直接降低變壓器損耗；在電網(wǎng)運(yùn)行節(jié)能方面，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、無功優(yōu)化補(bǔ)償技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資源優(yōu)化配置、降低網(wǎng)絡(luò)損耗；在管理節(jié)能方面，線損分析與管理可為確定降損措施、改善管理脫節(jié)現(xiàn)象提供技術(shù)手段。

電網(wǎng)損耗與設(shè)備、技術(shù)、管理等很多環(huán)節(jié)相關(guān)，綜合應(yīng)用降損技術(shù)，較單項(xiàng)降損技術(shù)應(yīng)用，可更全面地解決降損問題，使降損效果更加顯著。圖1為農(nóng)網(wǎng)綜合節(jié)能技術(shù)解決方案。

2 優(yōu)化供電模式

優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、縮短供電半徑，是實(shí)現(xiàn)降低電網(wǎng)損耗的基本手段。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，應(yīng)以安全性和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，合理布局電源點(diǎn)位置，優(yōu)化規(guī)劃網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。除常規(guī)優(yōu)化供電模式方法外，還可考慮在局部地區(qū)采用以下優(yōu)化方法。

（1）20 kV供電網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展快和負(fù)荷密度較大的地區(qū)，采用10 kV配電電壓以及小容量、密布點(diǎn)的方式已不能適應(yīng)負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，變配電工程占地面積的快速增長(zhǎng)與用地緊張之間的矛盾日益突出，這些地區(qū)的配電網(wǎng)建設(shè)面臨占地、節(jié)能、環(huán)保等壓力。提高中壓配電網(wǎng)的電壓等級(jí)至20 kV可有效解決高負(fù)荷密度地區(qū)配電網(wǎng)輸送容量和占地的問題。

（2）單線單變、線路環(huán)網(wǎng)的供電模式［1］

我國(guó)35 kV農(nóng)村電網(wǎng)傳統(tǒng)的運(yùn)行方案是35 kV變電所采用雙線雙變、10 kV線路呈放射式電網(wǎng)供電。這種35 kV運(yùn)行方案一直側(cè)重于電源和輸電的可靠性，10 kV配電網(wǎng)為放射式，且電源點(diǎn)分散、供電半徑長(zhǎng)，供電可靠性得不到有效保障，線路損耗較高。

“35 kV變電所單線單變、10 kV線路環(huán)網(wǎng)”的優(yōu)化運(yùn)行方案的主要思想是：35 kV變電所采用一路高壓進(jìn)線，所內(nèi)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，單線單變，T接于線路上，合理確定多個(gè)電源點(diǎn)，并通過10 kV線路環(huán)網(wǎng)模式，降低線路損耗，提高10 kV線路供電可靠性。

（3）單相配電方式

單相高壓分散配電［2］可極大地縮短低壓供電半徑，有效降低低壓電網(wǎng)損耗和提高電壓質(zhì)量，節(jié)能效果顯著；同時(shí)可降低工程費(fèi)用，簡(jiǎn)化施工難度。單三相混合配電方式靈活、簡(jiǎn)捷，單相配電方式作為三相供電的補(bǔ)充，可以解決位置偏遠(yuǎn)、負(fù)荷分散且無大動(dòng)力用戶地區(qū)的供電問題，也適用于通道緊張而無法實(shí)施三相配電或不需要三相配電的地區(qū)。

3 節(jié)能型配電變壓器

農(nóng)村電網(wǎng)季節(jié)性負(fù)荷較顯著。農(nóng)忙季節(jié)負(fù)荷大、負(fù)載率高，農(nóng)閑季節(jié)變壓器負(fù)載率較低，有的甚至近乎空載。節(jié)能型配電變壓器主要包括S11型及以上配電變壓器、非晶合金鐵心變壓器、有載調(diào)容變壓器等。

S11型配電變壓器采用Hi-B高導(dǎo)磁取向電工硅鋼片，利用外加磁化力使取向硅鋼片的磁疇方向更整齊，且在硅鋼片表面制造拉應(yīng)力，使磁化和磁疇交變轉(zhuǎn)動(dòng)容易而獲得低損耗的效果。目前已成為城鄉(xiāng)電網(wǎng)配電變壓器的主流設(shè)備。

非晶合金鐵心變壓器是以非晶合金鐵心為導(dǎo)磁材料的配電變壓器，其中鐵基非晶合金是一種厚度極薄（0.03mm左右）的非晶導(dǎo)磁材料，其磁滯損耗和渦流損耗都明顯低于晶粒取向硅鋼片。

非晶合金變壓器與S9型配電變壓器相比，空載損耗可下降70%～80%，適用于輕載或平均負(fù)載率較低的配電臺(tái)區(qū)。

有載自動(dòng)調(diào)容配電變壓器［3］是一種可在帶電狀態(tài)下根據(jù)負(fù)荷需要自動(dòng)切換2種額定容量的配電變壓器。針對(duì)季節(jié)性負(fù)荷變化大的地區(qū)宜采用有載調(diào)容變壓器，以避免變壓器空載或輕載損耗過大。

4 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)

農(nóng)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)包括變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化、電壓無功優(yōu)化等內(nèi)容。

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)是基于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化理論，結(jié)合變壓器實(shí)際工況通過定量計(jì)算優(yōu)化變壓器運(yùn)行方式的方法，其核心是通過對(duì)不同條件下變壓器功率損耗的計(jì)算、對(duì)比、分析、判斷，以降低變壓器損耗為目標(biāo)優(yōu)選最佳運(yùn)行方案。

電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化是以滿足安全性和降低電網(wǎng)損耗為目標(biāo)，利用現(xiàn)有電網(wǎng)設(shè)備，通過電網(wǎng)各類運(yùn)行方式下的潮流、損耗的比較，優(yōu)選最佳運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)載的經(jīng)濟(jì)調(diào)配?；谂潆娮詣?dòng)化系統(tǒng)，配電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化對(duì)降低配電網(wǎng)損耗、提高電網(wǎng)供電能力、提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率具有重要作用。

全網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)是利用已有無功補(bǔ)償設(shè)備，結(jié)合電網(wǎng)的運(yùn)行方式，以滿足各節(jié)點(diǎn)電壓、功率因數(shù)要求為約束條件，確定各電壓等級(jí)電網(wǎng)最佳無功補(bǔ)償控制策略。全網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)在線無功優(yōu)化補(bǔ)償；該系統(tǒng)若用于電網(wǎng)無功規(guī)劃的輔助分析，優(yōu)化目標(biāo)則為確定合理的無功補(bǔ)償位置及容量。

5 線損分析與管理系統(tǒng)

線損分析與管理系統(tǒng)基于統(tǒng)一的軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線損計(jì)算分析及各級(jí)線損指標(biāo)管理。其中，線損分析應(yīng)包含理論線損計(jì)算和統(tǒng)計(jì)線損計(jì)算，并應(yīng)實(shí)現(xiàn)供電模式、運(yùn)行方式、無功補(bǔ)償?shù)葘?duì)線損的影響分析功能，通過線損計(jì)算分析，可判定電網(wǎng)節(jié)能降損的薄弱環(huán)節(jié)，為線損管理提供決策依據(jù)，合理下達(dá)線損考核指標(biāo)，并采取相應(yīng)的降損及所屬措施，最大程度地降低電網(wǎng)損耗。線損分析與管理系統(tǒng)方案如圖2所示。

6 需求側(cè)管理技術(shù)

電力需求側(cè)管理（DSM）通過供電企業(yè)與用戶的信息互動(dòng)，優(yōu)化用電方式，并采取有效的激勵(lì)措施，引導(dǎo)用戶改變用能方式，使電力資源得到優(yōu)化配置，提高終端用電效率。

電力需求側(cè)節(jié)能技術(shù)包括用電能效管理技術(shù)、電機(jī)節(jié)能技術(shù)、綠色照明技術(shù)、高效節(jié)能家用電器技術(shù)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、建筑節(jié)能技術(shù)等。

（1）用電能效管理技術(shù)

用電能效管理的主要目的是采用負(fù)荷管理系統(tǒng)或用戶用電信息采集系統(tǒng)，通過能效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，實(shí)現(xiàn)移峰填谷，提高用電效率。

負(fù)荷管理系統(tǒng)主要由負(fù)荷管理終端、通信系統(tǒng)和主站系統(tǒng)組成，是針對(duì)大用戶進(jìn)行能效管理的技術(shù)。該技術(shù)基于對(duì)大用戶負(fù)荷預(yù)測(cè)，進(jìn)行相應(yīng)的電力供需平衡，挖掘需求側(cè)潛力，優(yōu)化配置電網(wǎng)資源，在滿足用戶要求的前提下，使電網(wǎng)運(yùn)行和管理成本最低。

用戶用電信息采集系統(tǒng)主要由智能用電終端、通信系統(tǒng)和主站系統(tǒng)組成，是針對(duì)全部用電用戶進(jìn)行能效管理的技術(shù)，較負(fù)荷管理系統(tǒng)覆蓋面更廣、功能更為全面。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷遠(yuǎn)方集中監(jiān)控、電力和電量抄收、能效管理等功能，隨著用戶用電信息采集系統(tǒng)覆蓋率大幅提高，為實(shí)現(xiàn)需求側(cè)實(shí)時(shí)響應(yīng)、用電能效評(píng)估、電網(wǎng)與用戶雙向互動(dòng)等功能奠定了基礎(chǔ)。

（2）電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

電動(dòng)機(jī)是農(nóng)村生產(chǎn)生活中的重要設(shè)備，農(nóng)村電動(dòng)機(jī)節(jié)能具有廣闊的發(fā)展空間。

電動(dòng)機(jī)節(jié)能方法包括合理選擇電動(dòng)機(jī)和采用高效電動(dòng)機(jī)、采用交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行技術(shù)、電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償、電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)等。

變頻調(diào)速技術(shù)［4］是先進(jìn)的高效調(diào)速技術(shù)。美國(guó)市場(chǎng)有近50%的調(diào)速電動(dòng)機(jī)為變頻異步電動(dòng)機(jī)，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家使用交流調(diào)速已達(dá)60%～70%。變頻調(diào)速技術(shù)在我國(guó)電動(dòng)機(jī)行業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛。

變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵是如何調(diào)制出可變頻率的正弦波電源。變頻調(diào)速方式分為交-直-交變頻和交-交變頻兩大類型，關(guān)鍵技術(shù)主要包括有高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)、永磁同步電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)、矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，并向高性能、模塊化、專業(yè)化、多功能方向發(fā)展。

無功功率就地補(bǔ)償是提高電動(dòng)機(jī)效率，同時(shí)降低線路損耗的有效方法。無功補(bǔ)償技術(shù)包括固定電容器補(bǔ)償方式、自動(dòng)補(bǔ)償方式等，動(dòng)態(tài)、平滑、快速的自動(dòng)補(bǔ)償是該技術(shù)的發(fā)展方向。將無功功率就地補(bǔ)償模塊和變頻調(diào)速模塊串聯(lián)結(jié)合用于電動(dòng)機(jī)節(jié)能，是一種新型的電動(dòng)機(jī)節(jié)能方式，該方式不僅顯著提高電動(dòng)機(jī)本身的節(jié)能效果，而且可提高供電質(zhì)量，明顯降低線路電能損耗。

（3）其它需求側(cè)節(jié)能技術(shù)

我國(guó)終端能源利用效率與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距，用戶設(shè)備節(jié)能潛力可觀，綠色照明技術(shù)、高效節(jié)能家用電器技術(shù)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)等需求側(cè)節(jié)能技術(shù)主要應(yīng)用于用戶側(cè)設(shè)備節(jié)能。

綠色照明技術(shù)［5］是指以照明效率、節(jié)約電力、保護(hù)環(huán)境為主要目的照明設(shè)計(jì)及控制方法，選擇高效節(jié)能照明器具，替代傳統(tǒng)低效的照明器具，以提高照明用電效率和照明質(zhì)量。

熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)［4］是利用天然氣或其它可再生能源，同時(shí)滿足供熱（冷）及供電需求的分布式供能系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用分布式發(fā)電系統(tǒng)排放的余熱來驅(qū)動(dòng)空調(diào)冷（熱）水機(jī)組或余熱鍋爐進(jìn)行制冷（供熱）運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)熱（冷）電聯(lián)產(chǎn)，同時(shí)滿足系統(tǒng)的供熱、供冷和供電的需要。主要優(yōu)點(diǎn)是沒有輸電損耗，通過有機(jī)利用冷熱循環(huán)，合理利用系統(tǒng)中低溫?zé)崮埽岣咭淮文茉蠢寐剩茉淳C合利用率可達(dá)80%以上；同時(shí)，在促進(jìn)清潔能源利用、緩解用電高峰負(fù)荷壓力、提高電網(wǎng)供電安全性、推動(dòng)節(jié)能減排等方面可發(fā)揮重要作用。

7 結(jié)束語

農(nóng)網(wǎng)綜合節(jié)能技術(shù)是農(nóng)村電網(wǎng)節(jié)能降損工作的重要手段。隨著農(nóng)網(wǎng)智能化建設(shè)的深入開展，農(nóng)網(wǎng)綜合節(jié)能技術(shù)應(yīng)考慮分布式電源接入、互動(dòng)化用電需求等因素，為進(jìn)一步降低農(nóng)網(wǎng)損耗提供更多技術(shù)手段。

［1］ 梁英，徐臘元，呂曉鋒，等.35 kV農(nóng)村電網(wǎng)優(yōu)化方案的研究［J］.農(nóng)村電氣化，2003（11）：9-10.

［2］ 盧本平.單相高壓分散配電與節(jié)能［J］.農(nóng)村電氣化，2000（2）：4-8.

［3］ 王金麗.有載調(diào)容變壓器綜合經(jīng)濟(jì)性分析及應(yīng)用研究［J］.高壓電器，2009（8）：152-164.

［4］ 國(guó)家電網(wǎng)公司電力需求側(cè)管理指導(dǎo)中心.電力需求側(cè)管理實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

（本欄責(zé)任編輯 孫 晶）