基于單相配電模式的潮流分析

摘 要：隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們對于供電的需求不斷增加。單相配電系統(tǒng)由于采用單相變壓器，并且中壓線路深入負(fù)荷中心，它可以達(dá)到降低低壓網(wǎng)絡(luò)損耗、提高用戶側(cè)的供電質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本的目的。本文對單相配電系統(tǒng)的配電模式簡單分析，重點(diǎn)對單相配電模式的潮流分析方法展開研究，重點(diǎn)對節(jié)點(diǎn)指定法進(jìn)行了分析，結(jié)合變壓器等值電路，并利用兩節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)指定法建立了單相兩線式配電變壓器潮流計(jì)算模型，利用三節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)指定法建立了單相三線式配電變壓器潮流計(jì)算模型，該潮流分析方法對單相配電模式在配電網(wǎng)改造奠定了理論基礎(chǔ)，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：單相配電系統(tǒng)；等值電路；節(jié)點(diǎn)指定法；潮流計(jì)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(fù)荷中心，利用單相變壓器容量一般都比較小的特點(diǎn)，可以滿足“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”的原則進(jìn)行低壓配電變壓器布點(diǎn)，從而達(dá)到降低低壓網(wǎng)絡(luò)損耗、提高用戶側(cè)的供電質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本的目的[3]。配電網(wǎng)單相供電方式的這些優(yōu)點(diǎn)在負(fù)荷較為分散的城鄉(xiāng)、農(nóng)村地區(qū)更能凸顯。

任何一種供電方式在應(yīng)用之前都必須對其在電能質(zhì)量方面的改善效果進(jìn)行驗(yàn)證，而驗(yàn)證的基礎(chǔ)就是對相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算分析。為了驗(yàn)證單相配電系統(tǒng)的在特定條件下應(yīng)用的優(yōu)越性，需要進(jìn)行改造前三相配電網(wǎng)絡(luò)與改造后單相配電網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)向特定的區(qū)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(fù)荷中心，適用于以生活用電為主的居民小區(qū)或者單三相負(fù)荷界限分明的用電區(qū)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(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)以及管理的日益規(guī)范，三相四線制供電方式的缺陷日益暴露，為了在配電網(wǎng)改造過程降低設(shè)備投資，減小設(shè)備功率損耗，提高企業(yè)的運(yùn)營管理效益，單相供電系統(tǒng)越來越受到供電企業(yè)的重視。

蘇州電力公司率先在城鄉(xiāng)、農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行了單相供電系統(tǒng)的試點(diǎn)工作，截止到目前，蘇州地區(qū)已經(jīng)安裝了數(shù)千臺單相配電變壓器[2]。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，采用單相配電變壓器后，該地區(qū)的線路損耗以及配電變壓器運(yùn)行損耗大為降低，特別是無接縫卷鐵芯結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)規(guī)范或者統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通過對單相供電方式試點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行調(diào)查分析[3]。

2.1 潮流計(jì)算

2.1.1潮流計(jì)算

潮流計(jì)算是指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、元件參?shù)和發(fā)電、負(fù)荷參量條件下，計(jì)算有功功率、無功功率及電壓在電力網(wǎng)中的分布。潮流計(jì)算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算[4]。

2.1.2潮流模型

由于單相配電網(wǎng)絡(luò)采用單相變壓器進(jìn)行供電，因此在進(jìn)行單相配電網(wǎng)絡(luò)潮流分析之前，必須首先建立單相變壓器的潮流計(jì)算模型。單相變壓器的潮流計(jì)算模型可以借助節(jié)點(diǎn)間指定法而推導(dǎo)[5]。

2.2 節(jié)點(diǎn)間指定法

是指通過相應(yīng)的運(yùn)算將任意節(jié)點(diǎn)的電壓、電流轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)間電壓、電流的表示形式[6]。

圖1為一兩節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，其中（i）、（j）為網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，I·i 、I·j分別為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的注入電流，i、j分別為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓，I·ij為由節(jié)點(diǎn)（j）流向節(jié)點(diǎn)（i）的電流，I·′j為外部注入節(jié)點(diǎn)（j）的電流，ij為節(jié)點(diǎn)（i）、（j）之間的電壓。

電壓i、j與電壓ij、j之間關(guān)系的向量表示形式為

以上變換即為兩節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)間指定法，可以用于單相兩線式變壓器的潮流計(jì)算模型推導(dǎo)?？梢詫晒?jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)間指定法進(jìn)行拓展，得到多節(jié)點(diǎn)形式的節(jié)點(diǎn)間指定法，其中三節(jié)點(diǎn)形式的節(jié)點(diǎn)間指定法是單相三線式變壓器潮流模型推導(dǎo)的基礎(chǔ)，因此下面繼續(xù)對三節(jié)點(diǎn)形式的電壓、電流變換關(guān)系進(jìn)行分析[7]。

圖1為一三節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，其中（i）、（j）、（k）為網(wǎng)絡(luò)中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)，i 、j、k分別為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的注入電流，i、j、k分別為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓，ij為由節(jié)點(diǎn)（j）流向節(jié)點(diǎn)（i）的電流，kj為由節(jié)點(diǎn)（j）流向節(jié)點(diǎn)（k）的電流，′j為外部注入節(jié)點(diǎn)（j）的電流，ij為節(jié)點(diǎn)（i）、（j）之間的電壓，kj為節(jié)點(diǎn)（k）、（j）之間的電壓。

3 單相變壓器潮流計(jì)算模型

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

3.1 單相兩線式變壓器潮流計(jì)算模型

城市居民區(qū)與農(nóng)村居民區(qū)在建筑特點(diǎn)、負(fù)荷密度等方面存在差異，因此對兩種居民區(qū)的低壓接入方式進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。

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(cè)、低壓側(cè)的電壓利用節(jié)點(diǎn)指定法進(jìn)行電壓變換，即

3.2 單相三線式變壓器潮流計(jì)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(shù)分析之后，再根據(jù)單相兩線式變壓器的節(jié)點(diǎn)指定法推導(dǎo)，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(jié)

本文對單相配電模式下的節(jié)點(diǎn)指定法進(jìn)行了分析，并利用兩節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)指定法建立了單相兩線式配電變壓器潮流計(jì)算模型，利用三節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)指定法建立了單相三線式配電變壓器潮流計(jì)算模型。

對單相配電模式的潮流分析為后續(xù)驗(yàn)證單相配電系統(tǒng)在配電網(wǎng)改造中的優(yōu)越性驗(yàn)證奠定了理論基礎(chǔ)，通過潮流分析計(jì)算供電方案下相同節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)電壓，通過對比分析和驗(yàn)證，得到單相配電供電方案可以有效改善電能質(zhì)量的結(jié)論，利用對單相配電模式進(jìn)行潮流分析的節(jié)點(diǎn)指定法能夠很好應(yīng)用在單相配電系統(tǒng)，對配電網(wǎng)的改造和升級提供了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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作者簡介：韓韜（1988），男，專業(yè)及研究方向：機(jī)電一體化。