變電站出線電壓對配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響研究

李豐君 牛榮澤 董軒 謝芮芮 張建賓 張溢戈

摘 要：針對農(nóng)村配電網(wǎng)區(qū)域性低電壓問題，本文基于PSS SINAL軟件，對變電站出線電壓對中壓配網(wǎng)線路上各配變的影響進行計算。計算模型還原了現(xiàn)場配電網(wǎng)的實際網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過設(shè)定不同的配變負載率和變電站出線電壓，計算出各類運行狀況下配電網(wǎng)臺區(qū)電壓的變化情況，說明了調(diào)整變電站出線電壓對治理配變低電壓問題的有效性。

關(guān)鍵詞：低電壓;配電網(wǎng);變電站母線;PSS SINAL模型

中圖分類號：TM63文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0143-03

Abstract： Aiming at the regional low voltage problem of rural distribution network， based on PSS SINAL software， this paper calculated the influence of the substation outlet voltage on the distribution transformers of the medium voltage distribution network. The calculation model restores the actual network architecture of the on-site distribution network， calculates the changes in the distribution network station area voltage under various operating conditions， and illustrates the effectiveness of adjusting the transformer substation outlet voltage to solve the problem of low-voltage distribution transformers by setting different distribution transformer load rates and substation outlet voltages.

Keywords： low-voltage;distribution network;substation bus Voltage;PSS SINAL model

隨著中國經(jīng)濟社會發(fā)展進入新時代，人民對美好生活的向往也逐漸體現(xiàn)在用電方面。農(nóng)村配電網(wǎng)供電質(zhì)量要求逐漸從“用上電”向“用好電”轉(zhuǎn)變，對供電質(zhì)量的要求日漸提高。其中，電壓是供電質(zhì)量中最關(guān)鍵的指標之一，也是關(guān)系用戶用電水平的關(guān)鍵指標。

農(nóng)村D類供電地區(qū)配電網(wǎng)的標準供電半徑不應(yīng)大于15 km，但隨著農(nóng)村負荷的不斷攀升，農(nóng)村地區(qū)的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐漸難以適應(yīng)日益增長的用電需求，在標準供電半徑內(nèi)逐漸出現(xiàn)了大量低電壓臺區(qū)。變電站出線電壓是決定配電網(wǎng)電能輸送能力上限的重要影響因素，變電站出口處的不同電壓將直接影響配電線路的電壓情況。

李睿[1]著重分析了低電壓出現(xiàn)的原因，并從多個角度給出了解決方法，但沒有針對變電站出線電壓變化對配電網(wǎng)配變電壓的影響進行研究;文獻[2-3]重點研究了變電站10 kV和35 kV兩種電壓等級線路的輸電能力，分析了其對配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響，但沒有考慮10 kV出線的調(diào)壓范圍對配電網(wǎng)供電電壓的影響，且沒有搭建網(wǎng)架模型進行計算;仇世邦[4]從多個層級探討了配電網(wǎng)低電壓治理方法，主要針對無功補償裝置的配置進行研究，但對變電站出線電壓的影響提及較少;張忠會等[5]通過模糊層次分析法對農(nóng)村配電網(wǎng)進行了低電壓嚴重程度的判定，但未提及治理方法;胡翔等[6]介紹了無功補償薄弱的配電網(wǎng)配置補償裝置方法，但是對于變電站出口電壓不高引起的功率因數(shù)較高的線路供電質(zhì)量問題沒有提出解決方法。

針對變電站母線電壓對配電網(wǎng)供電電壓的影響，本文首先通過搭建實際配電網(wǎng)網(wǎng)架模型還原真實配電網(wǎng)情況，然后設(shè)定不同配變負載率來改變線路負荷狀態(tài)，并通過改變變電站10 kV電壓調(diào)壓情況來模擬實際配電網(wǎng)情況，研究變電站電壓對配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響。

1 配電網(wǎng)計算模型

一個較完整的配電網(wǎng)等效電路的計算模型如圖1所示。其中，G代表變電站;L代表10 kV配電網(wǎng)中壓輸電線路;T代表配變;F代表用戶負荷。

根據(jù)圖1可知，線路末端電壓和電壓降落計算方法如式（1）至式（4）所示。

式中，[R]和[X]分別為線路的總電阻和總電抗;[r]和[x]分別為線路單位長度的電阻和電抗;[l]為線路長度;[U1]為線路首端電壓，可以認為其為變電站低壓母線電壓;[U2]為變壓器高壓側(cè)電壓;[U3]為變壓器低壓側(cè)出口電壓;[P]為有功功率;[Q]為無功功率;[UN]為額定電壓;變比為1∶[k]。

考慮到農(nóng)村配電網(wǎng)大部分為輻射狀電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，小部分為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此在進行潮流計算時可以采用牛拉法進行計算。

由圖1、式（3）和式（4）可知，線路首端電壓對線路末端電壓有直接影響，改變首端電壓及末端負荷都會改變供電電壓質(zhì)量;配電網(wǎng)中現(xiàn)場配變?nèi)萘颗渲门c負荷大小有直接關(guān)系，因此仿真計算期間，在設(shè)定負荷時，本文將負荷按照配變?nèi)萘糠峙渲辆€路上的各個配變中，還原實際運行中各配變的運行情況。

本文設(shè)置5種情況進行計算、比較和分析，如表1所示。

2 配電網(wǎng)網(wǎng)架模型

PSS SINAL軟件是可以用于電力系統(tǒng)分析的綜合系統(tǒng)計算工具，在電力模塊部分具有潮流計算、短路分析等功能，具備工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。

本文通過對某地區(qū)配電網(wǎng)的220 kV變電站的10 kV出線進行網(wǎng)架還原，在PSS SINAL軟件中搭建出真實配電網(wǎng)GIS拓撲結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

該220 kV變電站主變具體參數(shù)如表2所示。

由主變參數(shù)可知，220 kV主變低壓側(cè)設(shè)計時未考慮帶用戶負荷運行，10 kV低電壓不具備調(diào)壓功能，最高電壓只有10 kV而不是10.5 kV。因此，對其進行仿真計算，可以反映出變電站首端電壓對配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響。

3 計算結(jié)果

根據(jù)表1設(shè)置的多種配電網(wǎng)運行狀態(tài)，分別進行計算，幾類情況下，各配變低壓側(cè)出口電壓變化情況如圖3所示。

從圖3可以看出，當負載率達到40%時，變電站出線電壓10 kV時有50臺配變低壓側(cè)出口電壓低于198 V，根據(jù)相關(guān)國家標準，當配變低壓側(cè)出口電壓低于198 V時，配變出現(xiàn)低電壓問題;當變電站出口電壓達到10.5 kV時，線路配變低壓側(cè)出口電壓均符合標準要求。

從仿真模型和計算結(jié)果可知，變電站出口電壓不變時，隨著負荷的上升，線路各處配變電壓逐漸下降，且線路末端電壓下降幅度最大。

變電站出口電壓對配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量有直接影響，適當提高變電站出口電壓可以有效提升農(nóng)村配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量，可以有效地解決配變低電壓問題。

4 結(jié)語

本文基于PSS SINAL軟件構(gòu)建了配電網(wǎng)仿真模型，通過改變負荷和變電站出線電壓來還原實際配網(wǎng)的多種運行情況并進行計算，研究了變電站母線電壓對配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響。計算結(jié)果表明，提高變電站出線電壓，可以在負荷大幅升高時滿足用戶用電需求，提高配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量。研究結(jié)果在農(nóng)村配電網(wǎng)低電壓問題治理、夏季負荷峰谷時的電壓調(diào)整等方面具有一定的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]李睿.低壓配電網(wǎng)電壓質(zhì)量問題分析與治理[J].電工技術(shù)，2020（1）：110-112.

[2]徐慶華，李學(xué)軍，鞏保峰，等.220 kV變電站低壓側(cè)電壓等級的選擇研究[J].上海電氣技術(shù)，2018（1）：8-10.

[3]張鵬超，鮑海泉，朱潔，等.配電網(wǎng)電壓調(diào)整與治理方法[J].農(nóng)村電工，2018（8）：40-41.

[4]仇世邦.縣域配電網(wǎng)低電壓分析與治理[D].濟南：山東大學(xué)，2018.

[5]張忠會，曾如霞，賴飛屹.基于模糊層次分析法的農(nóng)村配電網(wǎng)低電壓治理[J].廣東電力，2017（9）：111-117.

[6]胡翔，邵葉晨，雷超，等.計及電壓不可行節(jié)點的配電網(wǎng)低電壓治理方法[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2017（13）：102-109.