郊區低壓臺區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】郊區低壓臺區存在線路結構不合理、季節性負荷比重大，導致電壓合格率偏低的問題，使得低壓臺區產生額外的電量損耗。本文通過分析某低壓配網三種典型臺區電網結構和高峰月用電情況，明確了各典型臺區無功特點，提出了以降低網損為目標的無功補償治理策略，并從典型臺區中選取兩個進行算例分析。

【關鍵詞】郊區低壓臺區；無功特性；無功補償策略

0 引文

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

而目前國內采用的辦法絕大多數都是運維人員根據操作經驗和主觀判斷，選擇設備老化、電壓質量等問題嚴重的臺區作為無功補償對象。采用這種方法的局限性體現在以下幾個方面：

（1）未必滿足低壓配網臺區的實際狀況，補償效益不高；

（2）當臺區數據量很大時，篩選過程繁瑣、低效；

（3）篩選過程主觀性強，缺乏科學系統的判斷依據。

對于郊區低壓臺區的無功特性治理策略，文獻[1]分析了郊區低壓臺區基本現狀和出現問題的原因；文獻[2]提出根據日負荷變化進行低壓臺區無功補償的方法，實現線路和大用戶的隨機補償，以解決邊遠山區低壓配電臺區線路過長、末端電壓低的問題；文獻[3-4]提出低壓精細化無功自動補償裝置，解決郊區區域負荷周期性波動的問題；文獻[5]提出了一種低壓配電網無功補償分散配置優化方法，先以所有負荷節點作為候選補償點求解優化模型，再選定幾個重要補償點再求解優化模型，獲得理想的分散無功補償配置方案。以上的文獻中提到的無功治理策略缺乏對不同臺區特性的分析，不能針對不同的典型臺區提出更合適的治理方案。

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

1 某分區供電局的低壓臺區概況

2012年某分區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低壓配網臺區的電壓合格率如圖1所示：

圖1 2012-1013年全年的0.4kV某低壓配網臺區的電壓合格率

從圖1中可以看出：

（1）2012年該低壓配網臺區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%。這可能是由于春節期間負荷較輕，而臺區又多采用配電變壓器低壓側集中補償，導致某些地方電壓偏高的緣故。

（2）2012年該臺區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的使用、臺區供電半徑過長以及配變的電壓檔位數量不合理等因素的影響，臺區末端電壓越下限。

（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安裝了無功補償裝置，能夠根據電壓的情況迅速的投入或者切除補償電容，并取得了一定效果。

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

且由于該分區低壓配網的臺區數目眾多，因此在對眾多低壓配網臺區中進行分類并從各類臺區中篩選出無功需求大，迫切需要進行無功治理的試點臺區進行詳細分析顯得尤為必要。

2 典型臺區無功特性分析

臺區類型眾多，特性各異，難以逐一進行分析。本文以郊區低壓臺區為對象，并選定三種類型的典型臺區進行分析，包括農業灌溉、農村住宅和墟鎮住宅。根據收資獲得三類臺區總計25個典型臺區作為分析對象，基本信息如表1所示：

根據對現有的典型臺區資料（三類總計25個典型臺區）進行統計，包括2012-2013年抄表電量數據、線路長度等，數據顯示所有臺區均存在一個共同的特點就是負荷季節性較為明顯，特別是農業灌溉類的臺區峰谷差值較大，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行分析，各典型臺區的統計結果如表2所示。

從表2中三類典型臺區各項數據可以歸納出該分區供電局的低壓臺區的無功特性：

（1）農業灌溉臺區：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、蝦塘等養殖業含有大量的抽水泵、增氧泵等泵類負荷設備，夏季用電量會增加，出現明顯的電壓暫降和電壓偏低的現象，一些泵類負荷設備的感應電動機因啟動轉矩過小而無法啟動。

（2）農村住宅：負荷均呈現“串燈籠”接線方式，線徑較小，空調的季節性使用明顯，使的夏、冬兩個季節會出現負荷高峰，臺區的無功需求也會增加，因此整個臺區的網損較大，臺區末端的電壓明顯偏低；由于負荷呈現“串燈籠”接線方式，在采用變壓器低壓側集中無功補償時會出現首段電壓明顯的偏高，而末端電壓偏低的現象。

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

3 低壓臺區治理策略研究

假定對配網臺區各個節點（除變壓器一次側和二次側節點）的補償容量都進行優化分析。一個輻射型配電網系統如圖2所示，共有n個節點a條支路，其中節點n為平衡節點，其余的都是PQ節點，對節點1～b接入并聯電容器。

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

通過對指定臺區所有節點的電壓、無功進行潮流計算，能夠直觀的看出哪些節點無功缺口較大，從而能夠更加明確無功補償的位置以及大小，從而實現節電降損目標的最大化，避免了以往盲目補償造成的投資浪費。

4 算例分析

4.1 A2低壓配網臺區

通過無功優化來確定最佳補償容量，無功優化模型中目標函數為網損最小，約束條件為節點電壓和補償容量，如表3和表4是A2無功補償前后的電壓和網損的比較情況。

由表3表明，由于節點6、7、8、9的負荷比較重，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%之內的要求。對配電網系統進行無功補償優化以后，大大的降低了電壓偏離程度，特別是負荷比較重的節點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，所有節點電壓都在合格范圍內。表4可以看出，網損有很大的改善，補償前為40.6756kW，補償后為24.688kW。

根據以上分析表明，通過對該配電網系統以網損為目標進行無功補償優化以后，電壓偏離程度降低，網損減少，無功補償效果非常明顯。

優化后各節點無功補償容量如表5所示：

4.2 B3低壓配網臺區

以網損為目標的無功補償優化計算結果如表6、表7所示：

由表6表明，由于線路較長，節點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%之內的要求。對配電網系統進行無功補償優化以后，大大的降低了電壓偏離程度，這些節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，對該配電網系統進行無功補償優化以后，有效地降低了整個系統的網損，網損占總負荷的比例從補償前的23.31%降低為補償后的19.38%，降低了3.93%。

根據以上分析表明，通過對該配電網系統進行以網損為目標進行無功補償優化以后，電壓偏離程度降低，網損減少，無功補償效果非常明顯。

優化后各節點無功補償容量如表8所示：

5 結論

本文通過某供電局低壓臺區的基本現狀：

（1）分析了某供電局三類典型臺區的進線路結構、無功和電壓特性；

（2）針對典型臺區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應采取不同的治理策略或措施，才能取得較好的成果；

（3）并在典型臺區中選出兩個臺區進行算例分析。

【參考文獻】

[1]張鵬，李程，亓農清.農村居民社區配電臺區低電壓治理探討[J].科學中國人， 2016（24）.

[2]張永飛，田進芳，楊李周，等.低壓配電臺區無功補償技術的探討[J].電力需求側管理，2011，13（6）：43-44.

[3]徐韜，陳杭.臺區低壓無功自動補償對線損影響的研究[J].重慶電力高等專科學校學報，2007，12（2）：1-4.

[4]岑侃.低壓無功補償在配電臺區中的應用[J].中國高新技術企業，2013（1）：47-48.

[5]黃曉彤，陳文煒，林舜江，等.低壓配電網無功補償分散配置優化方法[J].南方電網技術，2015，9（2）：44-49.

[責任編輯：朱麗娜]