基于單相配電模式的潮流分析

摘 要：隨著電網技術的發展，人們對于供電的需求不斷增加。單相配電系統由于采用單相變壓器，并且中壓線路深入負荷中心，它可以達到降低低壓網絡損耗、提高用戶側的供電質量、降低網絡運行成本的目的。本文對單相配電系統的配電模式簡單分析，重點對單相配電模式的潮流分析方法展開研究，重點對節點指定法進行了分析，結合變壓器等值電路，并利用兩節點的節點指定法建立了單相兩線式配電變壓器潮流計算模型，利用三節點的節點指定法建立了單相三線式配電變壓器潮流計算模型，該潮流分析方法對單相配電模式在配電網改造奠定了理論基礎，具有實際應用價值。

關鍵詞：單相配電系統；等值電路；節點指定法；潮流計算模型

單相供電方式采用單相變壓器，可以將10kV配電線路延伸至負荷中心，利用單相變壓器容量一般都比較小的特點，可以滿足“小容量、密布點、短半徑”的原則進行低壓配電變壓器布點，從而達到降低低壓網絡損耗、提高用戶側的供電質量、降低網絡運行成本的目的[3]。配電網單相供電方式的這些優點在負荷較為分散的城鄉、農村地區更能凸顯。

任何一種供電方式在應用之前都必須對其在電能質量方面的改善效果進行驗證，而驗證的基礎就是對相應的網絡進行潮流計算分析。為了驗證單相配電系統的在特定條件下應用的優越性，需要進行改造前三相配電網絡與改造后單相配電網絡的潮流對比分析。

1 單相配電模式

1.1單相配電模式的概念

所謂配電模式是指供電系統向特定的區域、特定的用戶供電所采用的供電形式、供電方法。單相供電模式是相對于三相供電模式而言的，與三相供電模式不同，單相供電模式采用單相變壓器向用戶供電，10kV中壓線路深入負荷中心，適用于以生活用電為主的居民小區或者單三相負荷界限分明的用電區域 [1]。

1.2 單相配電模式的作用

與三相變壓器相比，單相變壓器接入的用戶較少，能夠大幅度地提高供電可靠性。隨著配電網建設的不斷推進以及管理的日益規范，三相四線制供電方式的缺陷日益暴露，為了在配電網改造過程降低設備投資，減小設備功率損耗，提高企業的運營管理效益，單相供電系統越來越受到供電企業的重視。

蘇州電力公司率先在城鄉、農村地區進行了單相供電系統的試點工作，截止到目前，蘇州地區已經安裝了數千臺單相配電變壓器[2]。實際運行經驗表明，采用單相配電變壓器后，該地區的線路損耗以及配電變壓器運行損耗大為降低，特別是無接縫卷鐵芯結構的單相變壓器，其降損效果更加明顯。

2 單相配電模式的潮流分析方法

單相供電為一種新興的供電方式，所以目前還沒有專門的設計規范或者統一標準，通過對單相供電方式試點地區進行調查分析[3]。

2.1 潮流計算

2.1.1潮流計算

潮流計算是指在給定電力系統網絡拓撲、元件參數和發電、負荷參量條件下，計算有功功率、無功功率及電壓在電力網中的分布。潮流計算是根據給定的電網結構、參數和發電機、負荷等元件的運行條件，確定電力系統各部分穩態運行狀態參數的計算[4]。

2.1.2潮流模型

由于單相配電網絡采用單相變壓器進行供電，因此在進行單相配電網絡潮流分析之前，必須首先建立單相變壓器的潮流計算模型。單相變壓器的潮流計算模型可以借助節點間指定法而推導[5]。

2.2 節點間指定法

是指通過相應的運算將任意節點的電壓、電流轉換成節點間電壓、電流的表示形式[6]。

圖1為一兩節點網絡，其中（i）、（j）為網絡中的兩個節點，I·i 、I·j分別為相應節點的注入電流，i、j分別為相應節點的節點電壓，I·ij為由節點（j）流向節點（i）的電流，I·′j為外部注入節點（j）的電流，ij為節點（i）、（j）之間的電壓。

電壓i、j與電壓ij、j之間關系的向量表示形式為

以上變換即為兩節點的節點間指定法，可以用于單相兩線式變壓器的潮流計算模型推導?？梢詫晒濣c的節點間指定法進行拓展，得到多節點形式的節點間指定法，其中三節點形式的節點間指定法是單相三線式變壓器潮流模型推導的基礎，因此下面繼續對三節點形式的電壓、電流變換關系進行分析[7]。

圖1為一三節點網絡，其中（i）、（j）、（k）為網絡中的三個節點，i 、j、k分別為相應節點的注入電流，i、j、k分別為相應節點的節點電壓，ij為由節點（j）流向節點（i）的電流，kj為由節點（j）流向節點（k）的電流，′j為外部注入節點（j）的電流，ij為節點（i）、（j）之間的電壓，kj為節點（k）、（j）之間的電壓。

3 單相變壓器潮流計算模型

通過單相兩線式變壓器潮流計算方法和單相三線式變壓器潮流計算方法來模型[8]。

3.1 單相兩線式變壓器潮流計算模型

城市居民區與農村居民區在建筑特點、負荷密度等方面存在差異，因此對兩種居民區的低壓接入方式進行差異化設計。

城市單相兩線式變壓器的等值電路如圖2所示。

式中：Z1、Z2、Zm分別為單相變壓器高壓繞組阻抗、低壓繞組阻抗與自阻抗；R1、R2分別為高壓繞組電阻、低壓繞組電阻；ω為角頻率；L1、L2、M分別為單相變壓器高壓繞組自電感、低壓繞組自電感與高、低繞組互電感[9]。

單相兩線式變壓器高壓側、低壓側的電壓利用節點指定法進行電壓變換，即

3.2 單相三線式變壓器潮流計算模型

單相三線式變壓器等值電路如圖3所示。

等值電路中，由理想變壓器部分各參數分析之后，再根據單相兩線式變壓器的節點指定法推導，最后考慮單相三線式變壓器等值電路，得到理想變壓器的模型如圖4所示。

4 總結

本文對單相配電模式下的節點指定法進行了分析，并利用兩節點的節點指定法建立了單相兩線式配電變壓器潮流計算模型，利用三節點的節點指定法建立了單相三線式配電變壓器潮流計算模型。

對單相配電模式的潮流分析為后續驗證單相配電系統在配電網改造中的優越性驗證奠定了理論基礎，通過潮流分析計算供電方案下相同節點處的節點電壓，通過對比分析和驗證，得到單相配電供電方案可以有效改善電能質量的結論，利用對單相配電模式進行潮流分析的節點指定法能夠很好應用在單相配電系統，對配電網的改造和升級提供了理論基礎和數據基礎。

參考文獻：

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[8]吳文傳，張伯明.變壓器的詳細模型推導與三相配電潮流計算[J].電力系統自動化，2003（4）：5356.

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[10]張輝.三相四線制配電網絡潮流模型與算法研究[D].重慶大學，2007.

作者簡介：韓韜（1988），男，專業及研究方向：機電一體化。