基于供電不平衡的低壓用戶業擴報裝供電方案設計

翁偉南

（廣東電網有限責任公司汕頭潮陽供電局和平供電所）

0 引言

業擴報裝作為電力營銷中的關鍵業務，為電力企業與電力用戶搭接了橋梁[1]。基于業擴報裝，電力企業能夠實時掌握電力用戶的實際用電需求，并且根據電力系統的實際運行情況，制定切合實際的電力工程施工方案，為工農業生產和人民的日常生活提供高質量的電能[2-3]。

1 業擴報裝業務

隨著智能電網的建設，電力營銷也在逐步推進智能化、信息化，業擴報裝的流程也在逐步完善，但是業擴報裝對于低壓用戶還不能夠提供完善、精確的供電方案[4]。

我國目前尚不能夠實現電能的高效利用，其中低壓配電網的能量損耗占到整個電網損耗的一大半以上。目前低壓用戶的報裝是就近找到附近的電源，直接接入其中的一相，不考慮接入后造成的三相不平衡，這就給低壓配電網的運行造成一定的問題[5-6]。

1）增加了變壓器和線路損耗；

2）配電網覆蓋區域內重載相的電壓質量較差；

3）影響配電變壓器的能量轉換效率；

4）由于三相不平衡，造成配電變壓器零序電流激增，影響配電變壓器的運行安全及使用壽命。

因此，降低配電網的三相不平衡程度，提高供電電壓的質量，降低能量損耗是目前急需解決的問題。

2 電網三相不平衡

2.1 三相電壓不平衡度計算

根據相關標準三相電壓的不平衡度計算公式為：

式中，UU為U相電壓有效值；UV為V相電壓有效值；UW為W相電壓有效值；UAvg為三相電壓的平均值。三相電壓的不平衡度作為最優接入相的評價指標。

2.2 三相不平衡潮流分布計算

對于低壓配電網，由于存在不平衡負荷，采用相分量法直接對U、V、W三相進行建模，進而進行潮流分布計算。本文基于輻射型網絡特性采用向前推導向回代入的方法進行模型求解。

計算需要用到的參數有：報裝用戶的接入位置、報裝容量；配電變壓器的額定容量、額定電壓、短路損耗、短路電壓百分比、空載損耗、空載電流百分比；電力線路的長度、阻抗；配電網的拓撲結構；極限負荷工況下，配電變壓器的運行電壓、配電網覆蓋區域的有功功率、無功功率等。

2.3 損耗計算

對于低壓配電網來說，當三相負荷處于不平衡狀態時，每一相的電流也是不平衡的，不平衡的相電流除了會引起相線路上的損耗，還會引起中性線上的損耗，導致了總損耗的增加。所以低壓配電網的線路損耗包括相線路上的損耗和中性線上的損耗。

低壓配電網的三相四線制系統中，其中性線上存在疊加電流，因此在計算線路損耗時，要結合實際情況充分考慮三相不平衡對線路損耗的影響。由于中性點是直接接地的，其零序電流引起的損耗也是需要重點關注的，并且有時候中性線的導線半徑與相線路也是不同的，在分析具體問題時，中性線的線路電阻也需要單獨給出。中性線中的電流為：

式中，IU為U相電流；IV為V相電流；IW為W相電流。由此便可以得到三相四線制系統中的線路總損耗為：

式中，RP為相線路電阻；RN為中心線的線路電阻。

配電變壓器的正序電阻值為：

式中，Pk為配電變壓器運行時的有功功率；UN為配電變壓器的額定電壓；SN為配電變壓器的額定容量。配電變壓器的零序電阻值R0與正序電阻值RT基本一致。流經中性點的零序電流滿足條件：

則得到中性點的零序損耗為：

配電變壓器三相繞組的損耗為：

則配電變壓器的總損耗為：

3 業擴報裝業務實現流程

構建基于三相不平衡的能量損耗多目標優化函數為：

式中，x1為三相不平衡程度；x2為總的能量損耗；α和β分別為和對應的權值參數，且滿足：

α和β的取值需要根據實際情況確定，根據計算得到的實際結果，目標函數F(x)的取值最低時，就是綜合了三相不平衡程度和總的能量損耗最低的最佳供電方案。

常規的業擴報裝是根據業擴申請的具體信息來確定低壓用戶的位置，并確定報裝容量，再根據現場的實際情況確定最終的接入點，最后選擇任意一相作為接入相。本文所提出的基于三相不平衡的能量損耗多目標優化函數，加入了三相不平衡度對于最終接入方案的影響，并且提出最優方案的評價流程，優化當前情況下低壓用戶業擴報裝方案的流程。在存在多個接入點的情況下，對低壓用戶在每個接入點的不同接入相的潮流分布情況進行計算，得到每種接入方案下的三相不平衡程度和總的能量損耗，最后根據多目標優化函數的運算結果，確定最優的接入方案。優化后的業擴報裝流程如圖1所示。

圖1 優化后的業擴報裝流程

4 算例分析

某低壓用戶的信息如表1所示。

表1 某用戶的報裝信息

該地區的配電網結構如圖2所示，可選的接入位置為節點8。

圖2 配電網結構圖

該地區的配電變壓器參數如表2所示。

表2 配電變壓器參數

圖2中的負荷1、負荷2、負荷3為三相接入，負荷4、負荷5、負荷6、負荷7、負荷9為單相接入。當整個配電網處于最大負荷狀態時各個節點的等效負荷數據如表3所示。

表3 等效負荷數據

各個支路的參數如表4所示。

表4 支路參數

經過測量得到配電變壓器的高壓側電壓為10.21kV，低壓側三相電壓分別為219.24V，218.19V，219.83V，則得到三相電壓的不平衡度為0.343%。假定由節點8的V相接入，再進行潮流分布計算，得到節點電壓和支路電流的分布情況如表5和表6所示。

表5 報裝接入V相后節點電壓分布

表6 報裝接入V相后支路電流分布

根據表5中的數據計算得到節點1的三相電壓不平衡程度為0.351%，報裝用戶接入V相后的變壓器能量損耗為0.27kW，全部支路的線路損耗為5.13kW。同樣的方法得到接入另外兩相的數據如表7所示。

表7 報裝接入節點8方案分析

所以，選擇節點8的U相接入為最優方案，三相不平衡程度低，能量總損耗也最低。

5 結束語

本文專門針對常規的業擴報裝流程進行優化和改進。首先針對業擴報裝業務進行深入的分析；其次給出電網三相不平衡程度、三相不平衡潮流分布以及電網三相不平衡情況下總能量損耗的計算方法，并且提出基于三相不平衡程度和總能量損耗最低的多目標優化函數，根據優化函數的運算結果確定最優的接入方案。經過實例分析，本文所提出的方法實現了業擴報裝業務流程的優化，為低壓用戶業擴報裝接入點的確定提供了量化依據，對實現電網運行安全性、穩定性、可靠性具有重要意義。