配电电压范文（精选10篇）
配电电压 第1篇
在建筑电气设计中,通常比较注重高、低压的各种断路器(框架断路器、塑壳断路器、微型断路器)或熔断器等保护电器的选择,以满足过负荷保护和短路保护等的要求。其实,安全电压的配电,同样存在设备线路的保护及选择性配合问题,且存在其特殊性。本文试结合一工程实例探讨图1中QF1、QF2、QF3断路器的选择设计。
某大剧院安装的座位排号灯,为调光需要,采用5W的白炽灯。共6列,每列35盏(含楼座),共用电1050W,即1050VA。依据《剧场建筑设计规范》JGJ67-2001 10.3.5条,座位排号灯应采用不大于36V的安全电压供电。设计一台1500VA 380/36V的安全隔离变压器,分6路分别给6列排号灯供电,三相用电平衡,每路175VA/4.9A。
依据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008 7.3.4条,当具有两个及以上安全超低压分支回路时,每一个分支回路的首端应设有保护电器。故QF3的配置是必须的。本例中选用6A的C型脱扣特性的微型断路器,其额定电流大于线路计算负载电流,即可。本文详细讨论的QF1、QF2断路器的选择及整定时,须关注的几种因素。
1 短路分断能力
要正确选用保护电器,必须明确电器所在电路中的三相短路电流,安全电压配电也不例外。常用的标么值法或有名单位法计算10KV短路电流,尽管已经做了大量简化和假定,但计算过程仍然十分繁琐,且其结果也还是近似值。用于在实际工程设计中,定量精确计算36V侧的短路电流,可操作性极差。
大胆假设,安全隔离变压器一次侧线缆阻抗忽略不计,短路容量接近无穷大。这样的假定,短路电流值比实际值偏大许多,但用于讨论电器设备的分断能力来说留有更多余地,是完全可以接受的。该估算使影响短路电流值的诸多复杂因素简化到仅与变压器的参数有关。即短路电流:
undefined
已知变压器T:Se=1500VA,380/36V,Uk%=3.3 。
一次侧(380V侧)额定电流:
undefined
二次侧(36V侧)额定电流:
undefined
可算出,二次侧短路电流:
undefined
归算到一次侧短路电流:
undefined
由此可知,QF2、QF3选用微型断路器,额定短路分断能力为4.5kA以上,可满足该处短路条件下的通断能力要求。QF1的选择,则须视0.4kV侧安装点的短路电流大小决定。如本例中,安全电压配电箱由楼层配电箱供电,为远离变电所的第三级配电,选用微型断路器可满足通断能力要求。
由以上的计算可知,安全电压配电的短路电流均不大。C型脱扣特性的微型断路器瞬动电流为5～10In,D型脱扣特性的微型断路器瞬动电流为10～20In。一般选用C型脱扣特性的微型断路器,以提高短路保护的灵敏度。
2 变压器合闸瞬间激磁涌流
变压器合闸瞬间产生的激磁涌流,可达变压器额定电流的10～15倍。QF1额定电流若仅按大于线路计算负载电流的要求配置,可能在变压器合闸瞬间,瞬动脱扣而使变压器失电。
通常QF1断路器采用C型脱扣特性的微型断路器,其额定电流为In1,则其瞬动脱扣电流为5～10In1。
●为可靠躲过激磁涌流,必须满足:
5～10In1>10～15Ie1。
极端情况下必须In1>3Ie1方可满足要求。
如本例中,Ie1=2.27A,则极端情况下In1>6.82A方可满足要求。
●为满足QF2电源侧或变压器内部短路时,QF1的动作灵敏度,必须满足:
10In1
如本例中,已算出Id1=69.1A,则In1<6.91A。
综合考虑以上两种因素,选择QF1额定电流In1=6A为宜。
3 变压器一、二次侧保护电器的选择性配合
对与上下级均选用非选择性的配电系统,完全的选择性配合是不可能的。因为当短路电流值都超过上下级开关的瞬动值时,上下级开关将无选择动作。只有在可能范围内,加大上下级开关的瞬动值差距,方可实现部分选择性。
●QF2断路器采用C型脱扣特性的微型断路器,额定电流为In2,其瞬动脱扣电流为5～10In2。当QF2负荷侧发生短路时,仅当短路电流大于10In2,而小于“5In1归算到二次侧的电流值”时,可最大限度实现短路保护的部分选择性。要求:
10In2<(5In1×380÷36),即In2<5.28In1。
在本例中,即要求In2<31.7A。
●二次侧额定电流Ie2=24.1A,配电保护要求In2>24.1A。
综合考虑以上两种因素,选择QF2额定电流In2=25A为宜。
4 结束语
通过以上分析可知,安全电压的配电设计,除了通常的过负载保护外,尚需综合考虑其种种特殊性。希望通过本文所列的一些简化实用的计算,可以有助于方便、合理、可靠地设计其配电保护电器。
参考文献
[1]中国建筑设计标准研究院主编.国标图集05SDX006民用建筑工程设计常见问题分析及图示——电气专业[S].北京.
农村配电网电压质量管理探讨的论文 第2篇
1出现配电网电压偏移的主要原因
1.1大功率用电设备启动、短路故障等
电动机、电弧炉等设备得到启动以后，线路短路电流就会加大，在电压短时电压很有可能会出现偏移的现象，如果不能及时将排除短路故障，还会引起线路跳闸等问题，进一步扩大停电范围。
1.2电网峰谷差引起电压的偏移
电网的潮流变化及运行方式，一天之中可能会出现低谷、高峰之差，在电压变化过程中，电压偏移也会逐渐偏大，因此在某时段高峰电压也会偏低写，低谷时电压又会相对偏高一些。
1.3电压感性负荷增加，功率因素下降，因此电压偏移增大
近年来我国农村乡镇企业得到了快速发展，因此农村电网中的异步电动机也开始增多，这就需要吸收更多的无功功率，此外，配电变压器还需要输出无功功率，当前我国农村电网的无功补偿始终是薄弱环节，因此成功率因数也会下降，这时电压偏移也会增大。
1.4供电半径超规定，供电线路导线截面偏小，电压偏移
近年来经过多次对农村电网的改造和调整，当前农村电网线路整体情况已经发生了显著改变，但是纵观目前的线路情况，其负荷发展始终比较快，甚至一些线路超载非常严重，加上导线截面比较小，造成的结果就是线路损耗非常大，而电压明显偏低。
2电压偏移对电网用电设备造成的影响
各种不同的用电设备都存在其额定电压，各种用电设备都需要在一定的电压条件下工作，保证最佳的工况条件，其设备采用得到正常运行，以保证各用电设备运行的安全性，促进经济效益的提高。如果用电电压超过了允许的范围，用电设备的形成和工作质量都会受到不同程度的影响，值得注意的是，在这种电压条件下很多精密仪器、设备都会受到致命的影响。
2.1白炽灯
在电压高于额定值10%的情况下，白炽灯的寿命将会缩短70%，反之，如果白炽灯的电压比额定电压低，白炽灯的发光效率将会随之下降。
2.2荧光灯
通常情况下在电压低于额定值10%的情况下，荧光灯的发光效率将会下降15%，如果还在在该值的基础上下降，如果采用电感式镇流器荧光灯，将会面临启动困难的危险。
2.3电器控制系统
通常情况下电器控制系统电压在额定值10%以下时，继电器、接触器的吸引线圈吸压力会下降超过15%。此外，电压比额定值高还会造成线圈发热的现象。
2.4异步电动机
配电电压 第3篇
关键词：用户设备；运行状态；配电网；电压质量；功率因素；设备老化 文献标识码：A
中图分类号：TM712 文章编号：1009-2374（2015）14-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.069
关于电能质量国家标准定义的指标有电压偏差、频率偏差、谐波、三相电压不平衡度、电压波动和闪变及过电压，其中涉及到电压的指标很多，因此提高配电网电压质量是一项很重要的工作。为了给用户提供更为优质的电能，供电企业根据国家标准采取了多项措施，如严格执行《功率因素调整电费办法》，通过力调电费鼓励用户提高功率因素；运用需求侧管理的方法错峰填谷，提高能源效率；按节能减排文件精神对高电压专变用户无功补偿改造；对需要监控的线路安装电压记录仪等。本文仅从对用户设备的运行状态，分析影响配电网电压质量的几个问题，希望对配电网的电压质量管理有所帮助。
在配电网电压质量管理过程中，供电电压指标始终是衡量供电质量的重要方面，影響供电电压指标的重要因素之一，就是用电设备系统电压。我们先来分析用户用电设备供电电压的选择，主要取决于地区电网的电压、设备容量大小及其输送电能的距离等方面的因素，这里涉及到供电容量、输送距离、供电电压等级等的关系，从而进行最有效的供电电压的选择，使满足实际工作的要求。为什么要进行供电电压选择因素的分析呢？这是因为用电设备系统电压与供电电压有着千丝万缕的关系，在下文中将会详细阐述。
1 用电设备系统电压间接影响到配电网电压质量
为了提升配电电压质量，供电系统需要进行额定电压的保持，从而保证供电系统向用户的合理供电，这就需要进行用户端子处电压变动幅度的控制。针对那些标准高压电力用户及其低压电力用户，需要进行额定电压的控制，即按照电压变动幅度公式进行分析，进行供电的额定电压控制。在上述应用环节中，电压偏差允许值扮演着重要地位，其涉及到用电设备端子处电压偏差允许值及其供电电压允许偏差，电压偏差计算式如下：
电压偏差（%）=（实际电压-额定电压）/额定电压×100%
用电设备的运行指标和额定寿命是对其额定电压而言的，在一定的额定电压控制下，用户设备会取得良好的效益，当用电设备端子处电压出现偏差，就会导致其额定值的偏离，从而影响到用户的实际工作。系统运作中，如果电压关系不协调就会影响到配电网的送电质量，特别是用户设备的运作环境问题，如配电网中气体放电灯、整流器、电弧设备、旋转电机、电容器及感应加热器等用电设备导致产生谐波后，导致变压器产生附加损耗，使其在温度较高的状态中持续运作，设备热老化的加速，会间接影响到配电网的电压质量。
2 常见用户类型及其配电网电压质量的影响关系
第一，基建用户冲击负荷多，谐波含量大，基建用电属于临时用电，此类用户的负荷特性是冲击负荷重、含大量非对称负荷、甚至非线性阻抗特性的用电设备，导致无功无法就地平衡，电压偏差过大，不平衡度高，时有电压波动，对配电网的经济、稳定运行构成了影响。笔者曾对某市政基建项目进行波形检测，电压波形图显示含有大量的高次谐波，对电网的电压质量及安全运行造成了极大的安全隐患。普遍认为临时用电时间不长疏忽了对基建用电用户的管理，实际上有些市政项目、大型新建住宅配套项目、大型工业园项目等持续时间往往有三年甚至更长，因此对该类用户的电压管控需要加强。
第二，大工业用户设备运行方式不合理，经电量分析发现，新装投运初期、待拆迁或改制企业负荷极小，变压器处于接近空载状态，私营企业大工业用户为节约成本，往往让变压器处于接近满载的极限运行状态，这两种运行方式对配电网的电压质量都有较大影响，笔者曾对某私营企业大工业用户一台500kVA接近满载变压器按规范要求进行改造后，在满载的运行状态下还是会出现达不到要求的情况，用户反映负荷较大时无功装置动作频繁，电容器经常烧损，投、切电容器是电压有波动。因此指导此类用户办理暂停、减容、销户、增容等业务减少配电网电压损耗，对避免配电网电压波动是很有效的。
第三，大工业钢铁用户电压监控待完善，钢铁企业中提升机、高炉卷扬机，各种轧钢机以及工业企业大量使用的各类吊车、起重机等的拖动电机，工作运转时间与停转或空转时间交相更替，属于反复短时工作制的用电设备。其负荷经常性变化，是供电系统的波动性负荷，在起始熔炼期间，由于受炉内原料堆积不均匀及熔融差别等因素的影响，每相负荷波动很大，以引起大的电网电压波动与闪变。笔者曾对某钢厂的无功设备进行过研究，笔者尝试了调整厂区接线方式、增加无功设备、调整电容器投切方式等常规方法，虽然电压质量有所改善，但电压质量没有根本性的提高。因此，为确保配电网电压稳定，此类用户的无功改造需专业部室给予技术支撑。
第四，需加强对分布式电源用户对电压质量的管理，大电网与分布式发电，尤其是可再生能源形式的分布式发电相结合，是21世纪电力工业的重要发展方向之一。在配电网中，多数工业、商业用户和城市居民负荷具有很大的随机波动性，各种不确定因素所引起的负荷变化给配电网的规划设计和运行带来了巨大的难度和挑战。另外，随着用户对供电质量和安全可靠性要求的提高，配电网的供电质量问题也严重影响着重要用户的供电安全。尤其是可再生能源形式的分布式电源，发电量通常并不稳定，甚至在一些情况下会出现频繁启停，在这种情况下分布式电源将会对配电网其他用户的供电电压造成冲击。因此，注入功率的变化、所并入系统的短路容量及分布式电源的功率因数都对配电网的电压质量造成影响，但这些问题现在还没有积累丰富的运行经验，如何处理也需要不断实践。
3 用户设备合理应用有利于提升配电网的电压质量
用户设备运行状态对配电网电压质量的影响还是很大的，除在投入电网时按国家法律法规、行业规范、公司规章严格验收外，搜集相关负荷资料，对已投运的设备进行定期、全面的用电检查是很有必要的。对改造难度大、技术复杂、新设备性能不清等问题还需多与用户及专业部室进行沟通，找到合理的解决方案。
这就需要进行用户用电设备的合理应用，做好电压偏移的预防工作，将用户系统内部供电电压控制在有效的额定电压内，做好电压运行分析工作，进行负荷分布情况的调整，避免出现变压器的满载情况，保证用户设备各线路的负荷平衡。同时针对用户的实际情况进行变压器分接开关位置的优化，降低供配电系统阻抗，规范有序地进行无功补偿，合理配置分布式电源等方法进行配电网电压的控制。
4 结语
随着我国市场经济体系的健全，用户对于电能质量的要求越来越高，包括对配电网电压的质量要求，对供电可靠性的要求，要满足社会对于配电网工作的要求，必须要分析好用户设备运行状态与配电网电压质量的关系问题，从而更好地实现电网智能化工作的开展，满足现代社会的经济发展、生活工作发展等的需要。
参考文献
[1] 魏帆.智能配电网的实用化[J].农村电气化，2011，（3）.
[2] 朱坚强.市场经济及其环保要求下城市送电网规划方法初步研究[D].上海交通大学，2009.
[3] 钟金，郑睿敏，杨卫红，吴复立.建设信息时代的智能电网[J].电网技术，2009，（13）.
直流配电网电压等级序列研究 第4篇
不断增长的负荷需求，用户日益提高的电能质量要求以及大量分布式电源（DG）的接入，使得传统配电系统面临挑战。采用以直流（DC）为主导的配电制，在提高配电网运行效率、改善供电可靠性和电能质量、实现分布式发电灵活安全接入等方面显示出交流（AC）系统所不具备的优越性[1,2,3]。
目前，随着柔性直流输电技术的不断发展，直流变压器与直流断路器研制水平的不断提高，直流配电网技术可行性已显著提升[3]。《中国配电网发展战略相关问题研究》成果表明，中国现有配电网络只占未来新增网络的1/3[4]。因此，积极推进直流配电技术应用以解决现有配电模式的弊端具有广阔的前景。
与交流配电类似，直流配电未来发展方向也应该是多级配电网的相互配合和补充。因此，如何确定各级直流电网电压等级是一个关键问题。同时，电压等级序列的制定是电网规划的基础，需要具备高度前瞻性，既要满足不断增长的负荷需求，又要适应未来电网结构的变化。以交流配电系统为例，随着负荷的高速增长，其成熟的配电电压等级序列逐渐出现供电能力不足和低压级配电损耗过高等问题。部分地区已开始采用交流20kV作为中压配电电压等级，部分负荷密集地区（如上海）甚至出现了交流500kV直供电深入负荷中心。这带来了一系列安全和经济问题[2,3,4,5]。直流配电网作为未来配电网的一种模式，如何制定一套合理的直流配电电压等级序列是直流配电技术应用亟待解决的问题。
目前的文献主要研究系统末端的低压与超低压直流配电网电压等级问题。文献[6]认为400V作为数据中心供电系统的电压等级具有较高的效率。欧洲学者根据欧洲现有的230V交流配电网电压等级，分别采用截面积为1.5mm2和2.5mm2的交流导线，对326,230,120,48V这4种可能的直流电压等级进行研究。研究结果表明，电压降和电能损耗会随着直流配电网电压的降低而迅速升高，当电压下降到48V时，电压降及电流均超出限定值[7]。韩国学者结合韩国电网实际情况，分析了1.5kV和400V直流配电网的故障特性[8]。文献[9]推导了直流配电线损和换能损耗公式，并对中压±16kV和低压325V系统进行实例分析，得出在半导体器件损耗减半的情况下直流系统的效率高于交流系统的结论。
文献[10,11]重点探讨了国内用于远距离输电的高压直流输电电压等级问题，提出了建立±1 000，±800，±660，±500kV的输电网直流电压等级序列，并分析了其经济性。文献[12]研究了柔性直流输电输送容量与电压等级的关系，分析了±80kV与±150kV柔性直流输电的经济性。以上文献虽均未涉及配电系统的直流电压等级序列问题，但采用电网规划和设备制造水平等角度研究了直流电压等级相关问题，为本文的研究提供了思路。配电网与输电网在结构和功能上有明显不同。相比于直流输电网，直流配电网具有负荷波动大、供电灵活性强、分布式电源接入多和改造用地成本高等特点。因此，其直流电压等级序列需要专门展开研究。
不同于以往的直流输电研究，本文立足于配电网领域，从电压等级相互配合的角度，构建合理的直流配电电压体系，并分析其合理性。本文结合未来电网用户负荷密度大、分布式电源接入多和直流输配电技术发展快等实际情况，从负荷需求、电网结构、技术可行性与经济性等方面考虑，提出一套可行的直流配电网电压等级序列。
1 制定电压等级的原则
根据国际电工委员会电压标准[13]，在制定电压等级的过程中应注意两点：(1)相邻两级电压之比不小于2;(2)电压在50～150kV时相邻两级电压之比应大于5。纵观国内外电网电压等级分析研究，电压等级序列配置主要有“几何均值”和“舍二求三”原则。
“几何均值”规律可简化为：
式中：Ui,Uj,Ui+1分别为电压等级序列中的一组相邻电压值。
“几何均值”规律可以表述为：最佳电压等级序列中的各电压等级间应互为“几何均值”，只有这样，电压等级序列中每个电压才都是经济电压，可有效降低电网运行的综合费用[5]。
“舍二求三”原则可以表述为：在选择的电压等级序列中，各相邻电压等级间的倍数应力求接近或超过“3”，同时又要舍弃倍数接近或小于“2”的两级中的某一级（即各相邻电压等级间倍数应大于“2”）。这样既可避免级差过大造成的低压出线回路过多和送电距离长、损耗大的问题，又能避免级差过小引起的供电范围重叠、设备冗余的问题。
世界各国（地区）交流系统电压序列概况见附录A表A1。可以看出，各国在电压等级的设置上虽然具体数值略有不同，但电压等级间均满足“几何均值”规律和“舍二求三”规律。因此，在制定直流电压等级序列时，也应参考这些规则。
2 制定直流配电网电压等级的约束条件
除上述原则外，制定直流配电网电压等级还需考虑一些约束条件。如城市规模不断扩大导致部分地区负荷密度过大；在未来电网中，太阳能、风能、燃料电池等分布式能源大量接入电网，用户对用电量和电能质量的需求不断提升，电动汽车、不间断电源、轨道交通等与直流充、供电息息相关的事物进入社会生活，多级直流电网需要为其提供合理的接入电压等级。这些对直流配电网电压等级的选取提出了很多约束条件。
2.1 未来负荷需求
根据国内经济发展形势，文献[5]预测2020年国内经济发达城市饱和负荷密度为10～40MW/km2；中等发达城市饱和负荷密度为5～10MW/km2；欠发达城市饱和负荷密度为3～5MW/km2。
为应对负荷增长，在交流配电系统中，上海已出现高压进城区，500kV进入配电环节的情况；苏州工业园也将交流中压配电电压等级提升至20kV。
负荷需求对制定直流配电电压等级的约束应注意以下两点。
1）同等对应电压等级下，直流比交流的配电容量大。直流配电无涡流损耗和集肤效应，故输送容量高于同等级的交流输电。以直流双极系统和三相交流输电系统为例，有
式中：Pdc和Pac分别为直流输送功率和交流输送功率；Udc和Uac分别为单极直流电压和交流相电压，且;Idc和Iac分别为直流电流和交流相电流，且Idc=Iac;a为相数；kI为直流配电容量增益系数，且kI=1.2;cosφ为交流系统的功率因数，且cosφ=0.9。
由式（2）可见，相同电缆绝缘强度和电流有效值下，直流双极系统可输送的功率是对应三相交流输电系统的1.25倍。
2）直流地下电缆比交流地下电缆的输送容量大。交流地下电缆由于受对地电容的影响，无功功率难以得到补偿，从而难以实现大容量、长距离的电能传输。直流电缆无此问题，在城市负荷集中地区，可通过直流低压大电流传输来满足需求。因此，直流地下电缆可实现中低压大容量传输，直流配电网的中压配电等级不必设置过高。
2.2 设备制造水平
基于电压源变换器的柔性直流输电技术可以给无源网络直接供电，无最低输送有功功率限制，可以给孤立负荷供电；在潮流反转时，柔性直流仅电流方向反转而直流电压极性不变，适用于多段直流连接；其换流站占地面积小，适建于土地紧张的城市；设备可采用模块化设计，生产调试周期短。配电网具有负荷变化大、多段连接、电能质量需求高等特点。因此，柔性直流输电技术特别适合于构建直流配电网。其当前的设备制造水平以及技术发展趋势对于制定直流配电网电压等级序列具有参考意义。典型的柔性直流输电工程概况见附录A表A2[14]。
文献[15]指出工业界已具备成熟生产±300kV直流线缆与换流站的能力。直流配电网中的其他关键设备，如直流变压器、直流断路器、直流保护装置等目前虽有一定发展，但总体水平有待进一步提高，部分尚在研发阶段。这给电压等级的制定和经济性评价带来了困难。目前，10kV的交流型电子电力变压器已进入工业试验阶段，该类变压器通过改造可作为大功率直流变压器使用。1.5kV船用直流断路器已研制成功[16],320kV电压等级的直流断路器也已研发出，可开断直流电流16kA[17]。
设备发展的方向是满足负荷需求，因此通过预测负荷和电网发展而制定的电压等级序列也将会对设备的研发具有指导意义。电压等级序列的制定应兼顾设备发展水平，但不局限于此。
2.3 电网结构优化
配电网中的直流负荷主要有轨道交通、电气化铁路、企业数据中心和部分家用电器（如电子设备、LED照明等）。在交流系统中，由此类负荷衍生的大量换流设备消耗了大量电能。文献[18]预测未来60%的低压负荷为直流负荷，应用直流配电网会有更高的电能利用效率。此外，分布式电源大多为直流或可简单转化为直流输出；储能设备和电动车蓄电池一般也工作在直流制下，因此应用直流配电网可以简化电网结构。直流配电网电压等级的制定应从有效减少换流环节出发，为这些负荷与电源提供合理的接入电压等级。
此外，直流地下电缆的应用能够减少负荷中心变电站的数量，节约土地资源。因此，在土地资源紧张的地区，采用地下电缆进行合理容量的长距离传输，可优化电网的结构，加强终端用电的安全性和可靠性[12]。
2.4 配电方式约束
直流输配电主要有单极传输和双极传输两种方式。单极传输的容量易受到入地电流大小的制约，但改造成本低；双极传输容量大，灵活性和可靠性高，但建设成本高。从长远角度考虑，直流配电网采用双极传输方式更为合理。此外，双极传输相当于提供了更多的电压等级选择，如±750 V可用作1.5kV，±325V可用作750V。这种等级设定可有效减少变压环节。
2.5 交流配电网的过渡改造
除新建的配电网络采用直流制外，还有将现有交流制配电改造成直流制配电的情况。这种情况下，直流系统将沿用原有的交流配电网线路，设定的直流电压等级对线路绝缘的要求不高于原有的交流配电。
利用原有交流线路的最大好处是可以节省线路投资与施工成本，尤其对于馈线回路数多的中压配电网（如交流10kV配电网），其线路成本占整个投资成本的比例较大。
3 电压等级序列构想
本文以多级直流配电网[3]的拓扑结构分析其电压等级序列及相互配合，如图1所示。
制定直流配电网电压等级序列的基本要求是满足负荷容量需求。因此，直流配电网电压等级序列研究应以分析负荷需求为出发点，借鉴交流电压等级序列设定，充分考虑直流相关设备制造水平和发展趋势。目前交流配电网电压等级与其送电容量、送电距离的关系如表1所示[19,20]。近年来，大部分城市和地区电网的电压层次已简化为500/220/110/10/0.4kV。
表1中，220kV及以上电压等级为输电网电压等级，由于负荷增长与城市规模扩大，高压配电电压已扩展至220kV，部分地区甚至采用500kV直接进入负荷中心。高压交流配电网（110～220kV）的配电容量为100MW以下，最大配送范围在100km级；中压交流配电网（10kV）的配电容量为几兆瓦，配送范围在10km级；低压交流配电网（0.4kV）的配电容量在100kW以下，配送范围为1km以内。
结合表1数据并考虑负荷的发展，本文构想的直流配电网各电压等级的供电目标如表2所示。
基于表2，结合负荷对供电电压水平要求及现有、在建柔性直流输电工程的电压等级情况，提出如下的直流配电网具体电压等级序列。
1）高压配电等级Ⅰ：±320kV
此电压等级的主要任务是为负荷率较大（大于40MW/km2）的城市或大型工业园区配电，与上级输电网络衔接，作为高压配电电压等级。±320kV是中国大连柔性直流输电工程所采用的电压等级，也是目前世界上在建的大容量柔性直流输电工程的首选电压等级，满足表2中高压等级Ⅰ的要求。其供电能力已与交流500kV等级相当，但电压较低，变电站占地面积小，从而突破了高压进城区的局限，又满足了负荷增长的需求。
2）高压配电等级Ⅱ：±150kV
此电压等级的主要任务是为负荷率不大于40MW/km2的地区配电，作为高压配电电压等级连接区域高压输电网。±150kV是柔性直流输电工程采用的比较典型的电压等级，相关技术及设备比较成熟。其输送容量范围为99～707 MW[15]，满足高压配电等级Ⅱ的要求。
3）中压配电等级Ⅰ：±30kV
此电压等级的主要任务是给各地区配电站和中压负荷供给电源，同时承担较大容量分布式电源和电气化铁路的接入任务。根据文献[13]，电压在50～150kV时相邻两级电压之比应大于5，而且±30kV是上海南汇工程采用的电压等级。因此，±30kV的选择较为合理。同时，在电气化铁路牵引电网中，目前采用25kV单相交流电网，可简单改造纳入直流30kV电压等级，也可根据容量并入更高电压等级[21]。由于改造后接触网结构形式的差异，30kV牵引直流电网的阻抗为原有的1/2[22]，供电距离为之前的2倍，可减小牵引变电站的个数以及线路损耗。
4）中压配电等级Ⅱ：±10kV
此电压等级的主要任务是给终端配电站或大型负荷供电，需要充分考虑其供电能力与经济性。±10kV供电能力与交流20kV相当，但对线路的绝缘要求却不超过交流10kV。因此采用直流±10kV配电，不仅可以利用原有交流配电网中10kV线路大幅度降低投资成本，又可实现配电能力的大幅提升。
5）低压配电等级：±750V,400V（±200V)
此电压等级的主要任务是为轨道交通、小型分布式能源提供合理的接口，是微网与大电网经济稳定连接的核心电压等级，同时也为大部分家用负荷供电。文献[23]在建模中指出，电动汽车充电站的母线电压约为直流690V，小型风机的出口电压为直流700V，可考虑接入直流750V电压级。因此±750V是可适应小容量分布式电源的合理电压等级。750V电压等级也可以满足主流的400V三相交流负载的供电需求，只需要一级DC/AC变换。
同时，750V与1 500V也是城市轨道交通的典型供电电压。如北京、天津、武汉的轨道交通采用750V的直流电压；广州和上海的轨道交通采用1.5kV直流电压[24]。其中750 V可直接由±750V电网单极供电，1.5kV电压等级则可由±750V通过改变接线方式得到。
400V是目前较规范的直流电压等级，也是各类终端用电设备能直接适用的电压等级，包括向220V交流负载供电。因此该电压等级可作为用户的入户电压。在企业数据中心等场合，采用此电压等级也较为合适。在某些特殊场合，为兼顾各类保安蓄电池构成的直流系统接入，也可将400V转化为±200V供电。
此外，对于电源或负荷直接接入单极的双极性直流供电网，需要合理规划以平衡各极性的负荷量。
6）超低压配电等级：48V
此电压等级主要为家用或商用负荷供电。家用配电具有供电距离短、负载功率小、安全性要求高的特点。绝大多数家用直流负荷的工作电压为48V及以下，且48V是无需保护措施可直接接触的安全电压等级，因此选用48V是合理的[25]。该电压等级为400 V入户后转换而获得的电压等级，与400V电压（负责向大功率负载供电）一起完成家用或商用室内供电。
综上所述，本文提出了±320kV，±150kV，±30kV，±10kV，±750V,400V（±200V),48V的直流配电网电压等级配置。在负荷率较高的城市，可采用±320/±150/±30/±0.75/0.4kV或±320/±150/±10/±0.75/0.4kV的序列；在负荷率不高且长期稳定的地区，可采用±150/±30/±10/0.4kV的序列。
4 供电能力分析
供电能力分析主要包括送电容量和送电距离的计算。直流双极配电线路的首末端电压差与供电电压的比值eU可表示为：
式中：eU为电压损耗率；ΔU为直流线路首末端电压差；U为供电电压；Rd为直流线路的等效电阻。
直流配电线路的线损率edc可表示为：
式中：ΔP为直流线路损耗的功率。
式（4）也可表示为：
式中：ρ为电导率；D为经济电流密度；L为配电距离。
可见，在直流配电网中，电压损耗率与线损率在数值上是一致的。假设线路首端电压为额定值，则末端电压偏差在数值上等于线路的电压损耗率。参照《电能质量供电电压允许偏差》（GB 12325—2008）中关于交流50Hz系统电压偏差规定：35kV及以上供电电压正负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%;20kV及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的±7%。对应于直流配电网，30kV及以上电压偏差不超过额定电压的10%;10kV及以下供电电压允许偏差为额定电压的±7%。再取30kV以上线路等效电阻为10Ω，30kV线路等效电阻为5Ω，30kV以下线路等效电阻为1Ω[18]，代入式（3）得到各电压等级的最大传输容量。根据文献[15]中给出的柔性直流输电电缆截面积数据，利用式（5）代入电阻计算公式可得出各电压等级的供电距离如表3所示。比较表2和表3可知，本文提出的电压等级可满足表2所提出的供电目标。
5 经济性与可靠性分析
与交流配电网相比，直流配电网具有变电站（换流站）占地面积小、线路建设成本低、线路损耗小、无需无功补偿装置等特点，理论上具备更好的经济效益。本节将依据部分文献提供的数据概算出多级直流配电网各电压等级相关设备的投资成本，确定各等级的供电损耗率（主要是变能损耗率和线损），最后通过具体算例分析，比较多级直流配电网和交流配电网的经济性。
关于直流配电网相关建设成本，文献[18]对±7.5kV和±15kV电压等级的相关设备投资成本进行了具体分析。多级直流配电网中主要设备（如直流变压器、断路器）一般采用模块化组合技术实现，因此其成本可粗略地认为与电压等级或容量呈线性关系。同时，30kV以上高压等级电缆单位造价依据文献[12]数据按比例关系得到；而30kV及以下电压等级，参考交流单相电缆进行估价。据此，直流配电各电压等级下设备投资成本估算单价如表4所示。
运行成本主要考虑维护成本和损耗成本，后者包括变能损耗和线路损耗。变能损耗主要是多级直流系统中直流变压损耗。目前直流变压器的效率约为90%左右，远远低于交流变压器。但研究者们已开发出效率高达99%的直流变换器[3]，而且随着宽禁带器件的成熟应用，直流变压器的效率有望大幅度提高。因此在损耗分析中，将直流变压器效率视为等同于交流变压器。
交流配电网的线损率eac可表示为：
式中：Rt为计及额外损耗的交流等效电阻，当交直流线缆材质、长度相等时，Rt=(1+k)Rd，额外损耗系数k=1[18];UL为交流线电压。
当交直流线缆材质相同、长度相等时，比较式（3）、式（4）和式（6）可得：
多级直流配电网总成本Fdc为：
式中：Fc为设备建设成本；c为上网电价；h为总利用小时数；es为变能损耗率；el为线损率；Fm为维护费用；Fs为变能年费用（含变电设备维护费用与变能损耗折算的费用）；Fl为线路年费用（含线路维护费用与线损折算的费用）；n为运行年数。
由于维护检修费用计算复杂，本文近似地认为变能年费用与线路年费用分别与相应损耗率成正比。下面用具体算例进行分析，比较多级直流配电网与交流配电网的经济性。
假设负荷均匀分布在一个圆形的供电区域内，区域面积100m2，远期负荷密度40W/km2，即在远期该区域负荷达到4 000MW。
文献[5]推荐的交流配电方案电压等级序列为220/20/0.4kV。其中220kV变电站22座，合计容量7 920 MVA，容载比1.98;20kV配电变压器3 732台，合计容量5 971 MVA，负荷率67%;20kV出线合计846km。其投资运行总成本约为：
现考虑采用直流配电方式进行供电。由于该区负荷密度未来将达到40 MW/km2，所以需要采用高压直流配电深入负荷中心，电压等级可取±150kV。因此，该地区利用直流供电时也采用三级网络配合实现，其中高压直流配电采用±150kV，中压直流配电采用±10kV，低压直流配电采用400V。考虑到选取的高压与中压直流配电的电压等级的配电能力分别与交流220kV与20kV的配电能力相当，为简化分析，假设直流变电站、直流配变以及出线回路数与交流方案的相同。因此直流配电的投资建造成本可概算如表5所示。
如前文所述，假设直流变压器与交流变压器效率相同，则交、直流配电网变能费用相同，即Fs=1.17亿元。同时根据式（7），若考虑交流配电网的功率因数为0.9，直流的线损约为交流的81%，得到多级直流配电网的投资总费用为：
比较式（9）和式（10）可知，由于直流配电的电压等级低于交流配电，因此其设备投资成本会略低于交流配电。而当假设直流变压器效率可达到交流变压器效率水平后，由于直流线损低，因此其运行费用也略低于交流。
然而，毕竟直流配电网的研究尚处于起步阶段，相关设备、线路等数据比较欠缺，现阶段很难对其具体方案进行较准确的经济性分析。本文只是利用部分文献提供的数据，参照交流配电网的相关计算方法对直流配电网的经济性进行了初步概算。单纯从供电接线模式而言，算例中采用与交流相同的线路配置，且考虑到大功率电力电子器件可靠性水平一直在提高，因此就本算例而言，采用±150/±10/0.4kV三级直流配电系统也将具有很高的供电可靠性。
6 结语
本文分析了直流配电网的电压等级制定的基本原则和影响因素。以实现配电功能为目标，较为系统地提出了多级直流配电网相互配合的建议的电压序列为：±320，±150，±30，±10kV和±750,400（±200),48V。其中±750V为小型分布式能源和轨道交通提供接口，±200V适用于供电距离短，负荷集中的场合，48V为家居和商用终端直流负荷供电。提出的配电系统直流电压等级序列兼顾考虑了配送能力要求、设备制造水平、未来负荷增长、分布式电源接入、电网改造成本以及与现有设备接口等实际问题。另外，对多级直流配电网电压等级的经济性进行了初步分析。
附录见本刊网络版（http：//www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx）。
摘要：直流输电相关技术的发展使得构建一个多级直流网络配电系统成为可能。首先详细分析了直流配电电压等级序列制定的基本原则与主要约束条件。在分析各电压等级直流配电能力基础上,以负荷需求为基本出发点,综合考虑相关设备制造水平、电网结构优化需要等方面,提出了一套高压、中压、低压以及超低压相互配合的直流配电网电压等级序列。最后通过具体算例,简要分析了多级直流配电的经济性。
配电电压 第5篇
【关键词】无功电压优化；惰性因子；灵敏度；实时控制；操作成本
以往的无功电压优化的相关工作主要是在运行的经济性方面进行考虑，利用的是有功网损最小的函数。但在以往追求优化相关目标和网损最小满足相关安全性的时候，会在一次优化过程中，造成相关数量过多的现象，这种周期内的调动令相关设备的调解显得过于频繁，在根本上影响了相关设备的寿命，并在一定程度上增加了对系统的干扰。
一、运行和社会综合经济型的实时优化算法
因为在以往的优化模型之中，还没有对相关设备动作的次数与成本进行全面考虑，在根本上令相关设备出现频繁操作的现象，这种现象还会令设备的利用率变大，这种现象会对设备造成一定的损耗，并令电压参与到无功率的调整，最终对系统造成一定的干扰。和已经获取到的网损相比较，令其变的得不偿失。但如果只是对动作次数进行限制，那么在相关调度的周期之内，就会出现阶段性动作设备过多的现象，令后时段的设备没有进行相关调整，给设备的维护工作造成了一定的影响。为了在根本上将上述不足进行弥补，就要从实时的角度进行研究，将动作次数和操作成本在根本上加以考虑。
（一）实施优化函数模型
总目标函数由以下几个函数目标构成：
1.最佳调解效果
本式子中的RI指的是第i台能够调解设备的灵敏程度，其中包含了网损灵敏程度，电压灵敏程度以及功率因数的灵敏程度，这里均使用表幺值进行表示。Aj表示的是相对应灵敏程度的权重，灵敏程度指的是控制微量变化时候状态量的改变值（偏导数）xi是第i台能够调解设备的相关动作状态，（和变压器为调解的壁纸，电容以及电抗为调解的无功数。均选用幺值，发电机是调节量的幺值。如果没有动作产生则选用0，M是能够调解电容量的总数，n是能够调解编容器的总数[1]。
在这个子目标当中，在一定程度上对调解设备动作之后的相关系统数量的优化效果进行了统计，进行统计的前提是对每个先挂设备的灵敏程度在调节量在一定范围内近似值保持不变，只能够在矩阵为高稀疏情况之下得到满足。调节量的大小能够在第二个字母表的对应项目中得到一定的控制，当计算结果显示调节量过大的时候，能够在新的运行点上计算出新的灵敏度。
在特定系统中，相关控制，扰动和状态变量如下列所示：
在本算式中，x u p分别代表了扰动变量，控制变量以及状态变量的初始值，控制电量发电机分为有功和无功，状态变量的节点电压分为幅值和相角，扰动变量则为节点的符合功率。F（x，u，p）表示了系统的功率平衡性方程，也就是潮流方程。
对于相关优化问题，要在根本上保持扰动变量的恒定，在这个式子中能够在根本上将控制变量和状态变量的灵敏程度求出来，也就是电压灵敏程度。在相关优化问题中，将发电机功率和电压变电器与比电容有着一定的关系，电抗器能够将其功率进行调节。式子中的U表示了节点有功率，没有功率注入[2]，在上述先关问题所涉及到的调节量当中，变比电容和电抗器能够调解，无功率输出。且有再调解电压器的相关变化转化成节点注入功率的变化，由此可见，每个节点的功率的灵敏程度能够通过上述式子的潮流方程进行联合，网损灵敏程度是点功率灵敏程度增加而增加，功率的灵敏因数以节点内有功为标准。无功灵敏的程度之比，对三种灵敏程度的权重进行比较，可以明显的看出网损，电压等情况。
2.等式和不等式的约束
等式和不等式的相关计算方式和传统算法一致，在对其算法进行优化的时候，仅在其进行搜索过程中就能够得到全面满足，再次同时将子目标的惰性因子引入到其中，其目的在于将控制变量的动作次数在根本上加以限制。对于状态量的约束能够通过字母表的相关对应项来全面实现。
3.寻优计算
为了在根本上将无功电压的相关控制系统实时运行速率加以提升，对上述所使用的目标以及约束进行了一系列简化[3]，因此，为取得优化成果，在寻优计算中可以使用线性规划等方式来进行全面优化。
（二）多个目标的综合协调与调度员措施
因为每个区域的相关系统运行情况不尽相同。对于在3个不同子目标之间的权重能够依照调度的相关要求与设备和系统的运行状况进行全面确定，在对运行方式进行全面制定的时候，可以按照与之相关的决策方式进行全面制定，另外依照调度员和相关系统的以往经验调度工作进行时的时候进行实时调整。能够采用经常使用的权重确定方式来讲3个子项目之间的权重进行全面确定，在本次实验中使用了已经经过改良的层次分析方式进行权重测定，将较为复杂的系统中的相关因素规划为几个有序的层次，最终形成一个具有多层次结构的模型，依照每个因素之间的隶属关系，把因素依照不同的层次进行全面组合，最終形成一个多层次的结构模型，最后将最底层和相对的重要程度权值和优劣程度的排序问题。在本实验中给出了应用的实时调整界面，能够在根本上供相关工作人员在进行决策的时候使用[4]。
二、配电网的运行与设备控制经济型无功电压优化流程
在进行调度周期开始以前，对实现准备优化的相关流程进行设计，在此其中，启动条件在包含了网损的大小情况，每个节点电压之间的相关水平，在必要的时候，能够允许利用人工的方式来启动先关优化进程，这时候系统能够在根本上实现开环运行，在运行的时候，对于系统设置有着不同的要求和权重，并将系统输出了多组优化形成可行解，（给出多个综合优化方案，相关工作人员要结合自身相关经验现场的实际情况进行灵活选择，另外，也能够对利用迭代终止的方式的方式对数据实现修改，最终在优化效率以及质量方面进行权衡。
结束语
综上所述，本文将相关系统的运行方式和操作的经济性供电压优化方式进行了全面论述，并把一般化的无功电压中所形成的在网损最小情况下取得最优解，并将其转化为寻找相关系统综合运行的满意解，在简历的相关方式中，不但能够在根本上实现离线方式的优化计算，还能够将实施控制加以实现，争取在较短的时间内将大规模的系统用无功计算与系数限制问题加以全面突破。这种方式不但能够实现配电网的无功最优化，还能够将次数限制问题在根本上加以突破，系统的在线调控功能能够令整个系统变得更为实用，由此可见，该方式有一定的实用性存在。
参考文献
[1]胡泽春.王锡凡.配电网无功优化的分时段控制策略.电力系统自动化，2002，26（6）：45一49.
[2]倪炜，单渊达.具有优化路径的遗传算法应用于电力系统无功优化.电力系统自动化，2000，24（21）：40一44.
[3]刘明波，朱春明，钱康龄.计及控制设备动作次数约束的动态无功优化算法.中国电机工程学报，2004，24（1）.
配电网低电压分析及治理 第6篇
1 居民电压低案例
2015年7月29日, 某台区东阁村居民反应家中电压低, 空调器、日光灯无法启动。该地区由10 k V杭中线容量为315 k VA的配电变压器供电, 遂通过用电信息采集系统调出了该配电变压器7月29日电流曲线和出口电压曲线, 曲线表明: (1) 三相平均负荷未超容, 三相负荷不平衡, L3相负荷明显偏高; (2) L3相电压偏低, 低于220 V, L1相电压偏高。现场勘察得知, 该地区设备陈旧, 低压线路导线线径过小, 供电半径过大, 出租房较多, 私拉乱接严重。
2 电压低原因分析及对策
配电变压器电压低常见原因有, 配电变压器过负荷、配电变压器低压侧出口电压低、三相负荷不平衡、低压线路导线线径小、低压供电半径过大等。下面对几种常见原因进行逐一分析。
2.1 配电变压器过负荷
配电变压器允许短时间过负荷运行, 但长时间过负荷将损坏配电变压器绝缘, 缩短其使用寿命, 同时会导致配电变压器出口电压低。按照国家相关规定, 油浸式变压器过载容量及运行时间关系为:过载10%, 变压器可持续运行180 min;过载20%, 变压器可持续运行150 min;过载30%, 变压器可持续运行120 min;过载60%, 变压器可持续运行45 min;过载75%, 变压器可持续运行15 min;过载100%, 变压器可持续运行7.5min。目前, 三相配电变压器常采用D, yn0接线方式, 低压侧线电流与相电流相等, 通过集采系统电流数据与额定电流数据对比便能得知配电变压器过负荷情况。
配电变压器过负荷可采取以下措施解决:
(1) 负荷高峰期配电变压器短时、轻微过负荷, 可暂不处理, 但要加强配电变压器测温和用电信息采集系统数据跟踪分析, 根据配电变压器负荷发展趋势再做决定。
(2) 配电变压器长时间、严重过负荷, 可以实施配电变压器增容或加挂。目前国网山东省电力公司统一配备的杆上台架式配电变压器最大容量为400 k VA (以前为500 k VA) , 如果最大容量仍过负荷运行, 可采用配电变压器加挂方式, 如果现场不具备配电变压器加挂条件, 则可优化低压网络运行方式, 转移部分负荷, 并将该配电变压器列入年度杆上台架式配电变压器下地改造计划, 采用大容量 (630 k VA) 箱变供电。
(3) 配电变压器轻微过负荷, 且低压用户感性负荷 (如空调器、白炽灯等) 居多时, 可以在低压线路适当位置加装无功补偿装置向感性负载提供无功功率, 减少线路无功功率传输, 降低线路和配电变压器因输送无功功率造成的电能损耗。
2.2 配电变压器低压侧出口电压低
中压配电网运行电压正常波动, 也可能导致配电变压器低压侧出口电压过高或过低。对此类配电变压器低压侧出口电压异常可通过调整配电变压器调压分接开关挡位调节。由于配电变压器高压侧电流较小, 故配电变压器调压分接开关调压抽头均在高压侧, 根据配电变压器型号不同, 有3挡调压和5挡调压之分, 可根据实际需要调节。
2.3 配电变压器三相负荷不平衡
配电变压器三相负荷不平衡是指在电力系统中三相负荷分布不均, 差值超过规定范围。低压配电网络采用三相四线制, 普通居民从三相中某相接入电源, 由于负荷分布不均及用户用电时间不同, 三相不平衡情况比较普遍。配电网中三相不平衡除会导致中性点偏移, 引起电压变化外, 还将产生如下危害: (1) 增加线路及配电变压器铜损; (2) 增加配电变压器铁损; (3) 减少配电变压器出力; (4) 使电动机效率降低。
配电变压器三相负荷不平衡可采取以下措施解决:
(1) 合理规划配电网, 做好低压装表接电工作, 将低压负荷均匀分布在低压各相, 从源头上降低低压负载三相不平衡度。
(2) 加强配电变压器负荷数据监测, 发现配电变压器三相负荷严重不平衡但配电变压器总容量未过负荷时, 应采取调相措施平衡三相负荷。
(3) 装设不平衡电流无功补偿装置。在小系统中, 可以通过恰当的无功补偿调整三相不平衡电流。
2.4 低压线路导线线径小、低压供电半径过大
如果配电变压器未超负荷, 低压侧出口电压正常, 三相负荷基本平衡, 但末端电压低。这是由于低压供电线路导线线径过小或者供电半径过大引起线路压降过大所致。
对此, 可以通过更换大线径导线、优化低压网络运行方式降低线损及线路压降。
3 整改效果分析
根据以上分析, 上述案例中配电变压器未过负荷, 低压出口电压基本正常, 三相严重不平衡, 设备陈旧, 线径过小, 供电半径过大。8月24日, 对该地区电压低情况实施整改。
(1) 对低压负荷移相, 确保三相负荷平衡。
(2) 将原有线路的导线更换为大线径导线, 同时重新布置一条新支线供末端用户用电。
咸阳配电网低电压治理分析 第7篇
1 咸阳配电网低电压状况
(1) 随着“家电下乡”等支农惠农政策实施, 农村家用大功率电器数量激增, 用电负荷增长迅猛, 农村低电压问题集中暴露。
(2) 农村用电负荷波动明显, 节假日期间波动较大, 尤其是春节期间农民工集中返乡, 部分区域用电负荷骤增, 出现短期低电压现象。
(3) 近年来农村新建住宅分布零散, 引起原线路负荷变化、三相不平衡等导致部分用户电压偏低。
(4) 季节性低电压现象突出。在农村配电网中, 部分生活负荷与灌溉机井等动力负荷共用配电变压器, 受季节性农业灌溉和农副业加工等动力负荷变化的影响, 负荷高峰或集中时段, 电压波动很大, 造成部分居民末端电压不稳定。
2 咸阳供电公司治理低电压采取的措施
(1) 动态做好低电压排查工作。一是建立动态低电压问题统计库, 新出现的问题及时增补进库, 完成治理的及时确认销号出库, 形成闭环管理体系。二是加强负荷资料收集分析, 根据线路、配电变压器负荷和电压历史数据开展低电压预测, 对潜在低电压台区提前做好项目储备, 提高低电压项目安排的预见性和有效性。三是完善运行分析机制, 定期对低电压问题进行分析, 有针对性地开展项目梳理, 精准投资, 动态解决低电压问题。
(2) 加强了低电压治理工作。建立运检牵头、农电主导、各部门密切配合的低电压工作排查治理体系。具体工作由基层供电所负责, 营销配合, 充分利用用电信息采集系统采集信息、负荷实测、用电设备使用情况走访等手段, 进行全面排查、造册登记。一是针对变电站电容器故障无法AVC控制, 开展43座变电站AVC (VQC) 参数设置排查治理, 完成3座变电站多组电容器改造, 改善电网供电电压质量。二是加强配电网运维工作, 开展10 k V线路柱上电容器、调压器排查, 联系厂家完成了5台调压器维修, 完成了8个村低压无功补偿装置安装、维修, 完成了12个村三相负荷不平衡调整, 进行了8个村配电变压器调压分接开关挡位调整。三是以“提升配网设备供电能力和无功补偿能力及线路调压能力”为目的, 完成2015年配电网低电压治理生产技改储备项目完善和整改, 积极做好批复大修技改项目、城网基建项目、农网升级改造低电压项目, 实施现场勘察、物料需求等前期准备工作, 按照要求完成已批复项目的实施, 及时解决低电压问题, 改善电压质量。
(3) 提高各级运行电压管理水平。 (1) 提高公司变电站母线电压水平。调度班加强巡视, 及时调节无功电压, 确保电压合格。加快无功补偿装置的消缺工作, 认真梳理变电站变压器调压分接开关挡位及电容器设备状况, 确保无功足额补偿。 (2) 协调调度中心做好电网方式合理安排和调度, 强化无功设备的调度管理;配电网结合台区和季节性负荷变化情况对配电变压器调压分接开关挡位进行适时调整。 (3) 加大电网无功补偿及调压装置的投资。电网无功补偿由于欠账太多, 很难一次到位, 咸阳供电公司严格把关, 落实国家电网公司无功补偿设备配置有关原则规定, 积极申请项目和资金, 提高各电压等级无功补偿度, 逐步解决历史遗留问题。 (4) 不断提高无功电压精细化管理水平。进一步加强电压的实时监测及无功调压设备运行工况监视, 及时采取有效措施, 正确投切无功设备, 合理调整主变压器调压分接开关挡位, 改善电能质量, 降低电网损耗。
(4) 对低电压台区线路进行改造或新增布点。10k V咸宾线团结北路台区箱变 (S11-250/10) 投运于2010年, 低压线路投运于2006年, 现有用户235户, 户均容量1.06 k VA, 低压线路供电半径430 m, 台区最高负荷电流为355 A, 最高负载率为78.3%, 台区线路末端电压仅为201 V。遂将团结路北台区0.4 k V电缆YJV-1-4×50更换为YJV-1-4×120, 改造线路长度为0.83 km。改造完成后消除了低压“卡脖子”现象, 解决了线路末端低电压问题。10 k V中陈2线水利局台区配电变压器 (S11-315/10) 投运于2010年, 现有用户180户, 户均容量1.75 k VA, 低压线路供电半径870 m, 主干导线型号为JKLYJ-1-120。负荷高峰期, 水利局台区最高负荷电流为451 A, 最高负载率为99.4%, 台区线路末端电压仅为195 V, 低电压用户38户。遂在中陈2线41号杆增加315 k VA配电变压器1台, 并安装低压综合配电箱 (含无功补偿) 1台。改造完成后, 供电半径由870 m缩短至420 m, 解决了该片区低电压问题。
3 对咸阳配电网以后治理低电压建议
(1) 以低电压治理为契机, 全面提高配电网供电能力。一是针对存在的低电压问题, 按照“先管理、后工程”“一台区一方案”的要求, 以变电站供电区为对象, 以10 k V线路为单元, 以配电台区为单位, 按照轻重缓急, 综合基建、技改、大修等项目统筹考虑, 对重点台区、线路优先改造。二是加快变电站10 k V送出和分网工程实施, 解决高峰重载, 缩短中压供电半径, 消除中压线路末端低电压。三是优化沣西新城、空港新城配电网网络结构, 提升有效联络率, 消除由于运行方式不合理导致的低电压。
(2) 建议在咸阳电网实现低电压治理从被动报修到主动管控的跨越。建立配电网业务综合管理系统, 自动采集分析用电信息采集系统中D类用户的直采或召测电压数据。任一采集时点出现电压越下限时, 系统自动生成预警工单, 通过协同办公平台将待办事宜推送至相关负责人。主动实施低电压防治改造, 提升低电压治理的超前性与针对性, 实现低电压治理由经验型向科学定量决策型转变。
(3) 认真排查、分析用户负荷情况, 加强用户管理。加强低压用户报装接电管理和低压用户负荷侧需求管理;制定三相负荷不平衡引起的个别低电压现象管理办法, 有序进行业扩报装接电。认真分析配电变压器三相电压、用户负荷性质, 做好三相负荷平衡。例如某配电变压器负荷全部为非居民用户, 经测量配电变压器三相电流不平衡, L1相负荷较重。为解决该配电变压器L1相电压偏低的情况, 可将台区部分单相负荷投切至L2相和L3相。这样整改后, 低电压现象就会有所改善。
(4) 应加强低电压配电变压器中性点接地情况测量, 及时发现并解决配电变压器中性点接地不良导致配电变压器出口电压不平衡且某相偏低问题。例如, 2014年某配电变压器出口电压偏差较大, 且L2相存在长期电压越下限情况, 经现场实测, 该配电变压器出口电压与现场表计数据一致, 排除表计接线问题。经测量, 该配电变压器中性点接地电阻为24Ω, 确认是接地不良导致配电变压器出口电压不平衡且L2相偏低。后经对该配电变压器接地装置维修, 中性点接地电阻降为3.6Ω, 配电变压器出口电压恢复正常。
(5) 开展低电压相关运维专项排查治理, 完成春节务工人员集中返乡区域供电能力摸底, 及时制定应对措施。制定配电变压器调压分接开关管理办法, 根据季节变化及时调整其挡位。在电压波动大的地方安装有载调压配电变压器, 掌握季节负荷变化规律, 及时调整配电变压器调压分接开关挡位。
(6) 全面实施“站—线—变—户”监控, 实现配电网设备24 h实时监测, 及时发现设备异常和故障。目前, 智能公用配电变压器负荷监测设备安装覆盖率已达80%, 实现了负荷监测功能。今后要加大对专用变压器安装用电信息采集终端力度, 力争覆盖率100%, 低压用户采集覆盖率100%, 实现专用变压器负荷监测和低压用户的电能量采集。要实现线路、公用配电变压器、低压剩余电流总保护的综合监控。对各类监控系统上报的设备故障信息进行故障研判, 实现停电分析到低压用户、敏感用户提醒, 自主形成故障工单, 进行派工处理。
(7) 加强配电网调度图形系统开发应用, 配电网调度向分支线延伸。利用配电网调度图形系统在GIS平台上把复杂的地理接线图自动生成符合配电网生产和调度需求的供电范围图、系统图以及单线图和开关站图三个层次的调度图形, 且同一馈线、设备能够实现在三个层次图形之间的自由切换。要逐步实现配网调度向分支线延伸, 通过调度员人工置位等方式, 实时更新中压配电网中断路器位置, 实现所有中压配电网断路器位置动态更新, 统筹掌握中压配电网运行情况。
配电网无功电压优化运行控制方法 第8篇
配电自动化系统的功能基本有五个方面, 即配电SCADA、故障管理、负荷管理、自动绘图规范设理, 地理信息系统 (AM/FM/CIS) 和配电网高级应用。
同输电网的调度自动化系统一样, 配电网的SCADA也是配电自动化的基础, 只是数据采集的内容不一样, 目的也不一样, 配电SCADA针对变电站以下的配电网络和用户, 目的是为DA/DMS提供基础数据。但是, 仅仅是配电SCADA的三遥功能, 并不能称为配电自动化系统, 必须在配电SCADA基础上增加馈线自动化 (FA) 功能。馈线自动化的基本功能应包括馈线故障的自动识别、自动隔离、自动恢复。配网故障诊断是一个复杂的问题, 根据配网实际情况和故障情况的差别, 诊断的步骤与方法不同。诊断方案应适用于单相接地故障、相一相故障、相一相接地故障和三相故障。使用范围为中性点不接地或小电流接地系统。为了完成DA的功能, 配电SCADA除了可以采集正常情况下的馈线状态量, 还应对故障期间的馈线状态进行准确的捕捉;除可进行人工远程控制, 还应对馈线设备进行自动控制, 以便实现故障的自动隔离和自动恢复。
2 配电网优化控制方法
为了降低预想事故集中的扰动带来的损失, 减少事故后的操作代价, 使系统从不安全状态回到正常状态, 所采取的一系列控制措施。如果系统进入紧急状态, 此时进行的防止事故扩大的操作称为紧急控制, 使系统进入待恢复状态。对处于待恢复状态的系统, 需要采取负荷转供和负荷切除等手段, 以尽快的给尽可能多的失电负荷恢复电能供应。本文将重点讨论恢复控制中的网络重构、电容器投切以及相关的综合优化方法。
2.1 配电网网络重构
配电网网络重构是通过选择分段开关、联络断路器的开合状态, 来改变网络的拓扑结构, 以达到减少网损、平衡负荷、提高电压质量、实现最佳运行方式的目的。网络重构是一个比较复杂的问题, 它是网络结构的优化, 从数学模型来看, 属于非线性组合优化问题。如果系统的网架结构和电气状况允许, 对每一个单重故障, 将可以找到多个可行的转供方案, 方案越多, 一则可以粗略的认为该系统的网架结构越坚强。
在树枝没有联络断路器存在的配电网中是不存在重构问题的, 所以配电网络重构理论的推导都是基于配电网具有环形结构开环运行的网络。在配电网中存在大量的常闭分段断路器和少量的常开联络断路器, 随着负荷的波动或者故障的原因, 各条馈线在轻载与重载之间转换, 配电网的结构允许其开合交换支路, 平衡各条馈线之间的负荷, 这不但可以增加各条馈线的稳定裕量, 消除过载, 提高其安全性, 还可以提高总体的电压质量, 降低网损, 提高系统的经济性。
配电网重构是一个有约束的、非线性、整数组合优化问题, 通常以网损最小为目标函数, 以电压质量、线路变压器容量等为约束条件, 目前配电网网络重构的算法有很多, 诸如最短路径法、遗传算法、快算支路交换算法、穷举搜索法等, 这些算法都在处理目标函数上, 在不同的方面取得了一定的进展, 但是考虑到网络重构在实际中仅是配网优化控制的一个方面, 是在多目标决策下的一种优化, 还需要受到其它优化目标的限制, 所以这些网络重构算法在实际应用中还需要做一定的调整。
2.2 电容器的投切
电容器投切在一般的配电网优化中, 主要作用就是改善电能质量和降低网损, 电容器的投切对配电网的优化控制有着很重要的意义。长期以来, 研究规划阶段电容器优化配置的文献比较多, 对运行中电容器优化投切的研究还非常有限。后来许多学者就电容器的投切策略做了大量的研究, 还有些学者针对配电网的模型进行了研究, 并对相应的算法做了进一步改进。比如在中低压配电网中, 三相负荷由于是随机变化的, 且一般不平衡, 但大多数对电容器优化投切的研究是建立在三相负荷平衡的假设条件上的。三相负荷不平衡会导致供电点三相电压、电流的不平衡, 进而增加线路损耗, 同时会对接在供电点上的电机运行产生不利影响。因此许多学者开始研究三相模型, 其中有人提出了一种配电网中三相不平衡负荷的补偿方法, 还有些文献利用三相负荷模型进行电容器优化投切的研究, 取得了较好的效果。
就优化方法而言, 不少文献和著作都介绍了各种各样的算法, 具体可以分为两类:数学模型的解析算法和优化问题的人工智能算法。前者主要有非线性规划、线性规划、整数规划、混合整数规划和动态规划等算法;后者有人工神经元网络算法、遗传算法、模拟退火算法、Box算法和Tabu搜索法等现代启发式算法。解析算法迭代次数少, 收敛速度快, 但得到的往往是局部最优解。智能算法计算速度较慢, 但在全局最优性方面较好。在实际应用中, 采用解析类算法的相对多一点。
2.3 综合优化
如果将考虑安全性的网络重构和电容器投切结合起来, 这就是计及安全性的配电网综合优化。配电网络重构是一个有约束的整数规划问题, 配电网络电容器投切是个非线性整数规划问题, 即使单独考虑其中一个问题就已经十分复杂, 若将它们综合起来考虑就会更加复杂, 网络结构的优化影响着电容器投切, 电容器投切又反过来影响网络结构的优化, 二者相互影响。对大规模配电网而言, 有一种解决办法就是将综合优化问题分解成网络重构和电容器投切两个优化子问题, 对这两个子问题进行交替迭代逐步逼近最优解。即在重构算法的优化过程中所得到的每一个可行重构方案的基础上, 加载电容器投切过程, 得到基于该重构方案的一个综合优化解, 然后依据目标函数交替迭代, 向最优解不断逼近, 直到获得最终可行方案。这种配电网预防控制的综合优化方法, 由于所针对问题及求解过程的复杂性, 使得在线应用具有一定的困难, 一般用在离线的运行规划、安全性分析与调度当中。电容器采用基于遗传算法的投切方法进行计算, 在现有的补偿设备基础上, 以网损最小为目标, 在满足电压约束前提下, 使整个网络有功损耗最小。而网络重构通过仿真配电网潮流的计算和网损的评估, 来对配电网进行重构, 确定最优网络结构。若单纯以配电网的网损作为衡量指标, 则只做电容器投切的算法效果最好, 综合优化的次之, 重构的效果相对最差, 但是从配电网整体综合优化的角度来看, 综合优化的方法则有可取之处, 具体选择哪一种算法, 需要根据实际配电网的运行情况来加以考量。
结束语
配电网优化控制方法在理论上已经有许多控制的方法, 但在实际的应用过程中, 由于存在着许多不确定因素, 如环境因素、政府政策等, 最优化的结果很可能是个综合、折衷的结果, 而不是单个方面优化后的最佳结果。配电网的运行是多个指标的综合体现, 在具体的操作中, 可以考虑如何将这些约束条件进行简化处理, 并进行综合考虑, 从而达到配电网优化运行的目的。
摘要：配电网优化控制方法在理论上有许多控制方法, 但是在实际应用过程中, 因为有许多不确定因素, 简化了约束条件, 并进行综合考虑, 从而实现优化运行的目的。在配电自动化的基础上进一步阐述配电网优化控制的方法。
关键词：配电网,优化控制,方法
参考文献
[1]李广河.地区电网无功电压集中优化控制系统的研究与实现[D].郑州:郑州大学, 2003.
[2]邱军.电力系统无功电压就地控制研究[D].武汉:华中科技大学, 2004.
[3]邢晓东.金华地区电压无功优化的研究[D].杭州:浙江大学, 2005.
探讨高层住宅低压配电的电压偏差 第9篇
随着我国经济地发展, 人们对住房需求不断增加, 但是国家土地资源有限, 越来越多地城市住宅开发偏向于高层建筑, 甚至不断出现超高层住宅建筑。目前住宅建筑设计的常用配电方式多为树干式和放射式, 放射式配电较为安全可靠, 树干式配电较为经济。高层普通住宅大多为三级负荷, 一般优先采用树干式配电方式。但是, 实际设计过程中, 具体采用哪种配电方式, 需根据项目所在地供电部门的要求而定。以广东省为例, 广州市供电部门允许电表分散设置, 故一般采用树干式配电, 中山市为方便管理而采用集中抄表, 采用放射式配电。
无论是树干式还是放射式, 对于30多层90多米高的一类高层住宅建筑, 都存在配电距离远, 电压偏差是否超规范要求的隐忧。本文主要讨论这两种常用的配电方式下, 电压损失、电压偏差是否能满足规范要求。
1 电压偏差的要求
根据《供配电系统设计规范》 (GB50052-2009) 第5.0.4条正常运行情况下, 用电设备端子处电压偏差允许值宜符合下列要求:
(1) 电动机为±5%额定电压。
(2) 照明:在一般工作场所为±5%额定电压;对于远离变电所的小面积一般工作场所, 难以满足上述要求时, 可为+5%, -10%额定电压;应急照明、道路照明和警卫照明等为+5%, -10%额定电压。
从规范的描述可以看出, 明确规定的电压偏差是指用电设备端子处, 也就是说是每一户内的末端用电设备处, 例如户内照明灯。考虑到是一般工作场所, 所以也就是要求每户末端用电设备处的电压偏差为±5%, 并不是指配电线缆的电压损失或者电压降为±5%。
1.1 电压降、电压损失与电压偏差概念
在实际设计中电压降、电压损失及电压偏差三者的概念是很容易被混淆的。根据《工业与民用配电设计手册第三版》中所述, 电压损失是指串联电路中阻抗元件两端电压的代数差, 如图1为阻抗串联电路, AD间的电压损失为:△U=UA-UD=DE (EF为误差忽略不计。) 用百分数表示为: (Un为系统标称电压) , 其值是合理选择导线截面的重要条件。
电压降, 是指阻抗原件两端电压相量的几何差。如图1, AD之间的电压降为:
由此可以看出, 电压降与电压损失, 一个是相量值, 与功率因数无关;一个是代数值, 数值为百分数, 两个数值的含义及大小均不相同, 在实际工程应用中, 计算电压偏差一般是采用代数值电压损失进行计算。
电压偏差是供配电系统在正常运行方式下 (即系统中所有元件都按预定工况运行) , 系统各点的实际电压U对系统标称电压Un的偏差δU, 常用相对于系统标称电压的百分数表示, 即 。电压偏差是供电质量的重要指标。
1.2 电压损失与电压偏差关系
虽然电压损失与电压偏差并不是一个概念, 但是他们之间关系又紧密相连, 如图2, 直观地表达了两者之间的联系, 线路末端的电压偏差为:δUB=δUA-△U。
因变压器自身就是一个较大的阻抗设备, 对电网电压有一定损耗, 同时其分接头具有调压功能, 所以当有变压器或其他调压设备时, 其末端的电压偏差为:
式中:δUA———线路首端的电压偏差, %;
δUB———线路末端的电压偏差;
△Ul———低压线路的电压损失, %;
△UT———变压器电压损失, %;
e———变压器分接头设备的电压提升, %。
根据《工业与民用配电设计手册 (第三版) 》257页表1。
注: (1) 对应于变压器一次端子电压为网络标称电压10 (6) k V时的电压。
从表1可以看出, 变压器分接头的位置, 对标称电压有0~10%的影响范围, 该范围相对于±5%电压偏差是比较大的, 所以不能轻易忽视。
2 标称电压
根据国家标准《标准电压》 (GB/T156-2007) 4.1标称电压220~1000V之间的交流系统及相关设备的标准电压 (见表2) 。
表2中是三相四线或三相三线交流系统及相关设备的标称电压。
表2中同一组数据中较低的数值是相电压, 较高的数值是线电压, 只有一个数值者是指三相三线系统的线电压。
注:1140仅限于某些行业内部系统使用。
由此可见: (1) 系统与设备的标称电压都是同一数值; (2) 对于普通住宅用电, 标称电压为200V/380V。
3 线路电压损失及末端电压偏差的计算实例
某普通一类高层住宅 (31层98m高) , 每户用电量为8k W, 1梯3户, 首层架空, 公用专变配电房设于住宅塔楼首层, 其变压器至电表箱干线为三相进线, 标称电压为380V, 电表箱至住宅户内箱一般采用单相进线, 标称电压为220V。
图3中, AW为电表总箱, AL为住宅户内箱。
(1) 变压器T:SCB11-630k VA 10/0.4k VD, yn11, 负载率0.8, 功率因数0.9, 阻抗电压为4%。参考《工业与民用配电设计手册第三版》255页表6-1, 变压器电压损失△UT=2.5%, 有载调压分接头“+5%”位, 提升标称电压0%;
(2) 线路3:BV-3×2.5, 8m, 穿管敷设。
3.1 当线路1采用密集式三相380V铜母线槽, 电表为每层电井内设置, 敷设方式为树干式
(1) 线路2:BV-3×16, 10m, 穿管敷设;
(2) 线路1:630A密集母线槽, 100m, 因为负荷为均匀布置, 距离可以考虑为50m。
线路电压损失计算采用电流矩算法:查《工业与民用配电设计手册第三版》542页表9-63:线路电压损失计算公式:
三相平衡负荷线路:△U%=△Ua%×I×L
单相负荷线路:△U%=2△Ua%×I×L
式中:△U%———线路电压损失百分数, %;
△Ua%———三相线路每1A·km的电压损失百分数, %/ (A·km) , 可查《工业与民用配电设计手册第三版》550~555页;
I———负荷计算电流, A;
L———线路长度, km。
可算出各段线路电压损失, 如表3。
考虑到在实际工程应用中, 缺乏计算资料, 可假定前端110k V变电所采用有载调压变压器, 并采用逆调压控制方式, 10/0.4k VA变压器高压侧为稳定地系统标称电压, 其空载电压比低压系统标称电压高5%。
3.2 当线路1采用1k V交联聚乙烯电力电缆, 电表为每层电井内设置, 敷设方式为树干式
(1) 线路2:BV-3×16, 10m, 穿管敷设;
(2) 线路1:2×YJV-0.6/1k V-4×150+1×95, 100m, 因为负荷为均匀布置, 距离可以考虑为50m。
各段线路电压损失, 见表4。
3.3 当线路1采用1k V交联聚乙烯电力电缆, 电表为在首层集中设置, 敷设方式为放射式
(1) 线路2:BV-3×16, 100m (最远端的用户) , 穿管敷设;
(2) 线路1:2×YJV-0.6/1k V-4×150+1×95, 20m;
各段线路电压损失, 如表5。
4 结论
上述三种情况的计算结果, 可以得出, 采用树干式配电密集型母线槽供电电压偏差最小, 放射式电线电缆供电电压偏差最大, 但是其值均能满足电压偏差的要求, 所以如果简单地仅考虑线路的电压损失, 认为是△U%不得大于±5%, 就会得出高层住宅采用放射式配电方式, 在不放大电线电缆截面的前提下, 是不能满足规范要求的电压偏差, 从而会采用大一级截面的电缆, 造成不必要的浪费。
同时从计算过程也可以看出, 变压器分接头的调压, 对低压供电的质量也是不容忽视。如果考虑将以上三种情况的变压器分接头置于“0”位, 电压提升5%, 则三种情况的电压偏差数值分别为5.5%、3.8%、1.767%, 可以看出电压偏差的变化是相对较大的, 甚至第一种方式供电, 不能满足规范要求。所以合理选择电压分接头, 可以很好的调节供电电网的电压偏差值, 提高电网的供电质量。
在工程设计中, 我们需合理计算及核对电压偏差值, 不能夸大或者忽视其值的影响, 根据所计算的数值, 选择合适的电缆截面, 不仅满足规范要求, 同时也可以更加的经济、环保、节能。
参考文献
[1]中国航空工业规划设计研究院组编.工业与民用配电设计手册 (第三版) [M].北京:中国电力出版社, 2005.
配电网无功电压优化运行控制方法 第10篇
配电自动化系统的功能基本有5个方面即配电SCADA、故障管理、负荷管理、自动绘图规范设理, 地理信息系统 (AM/FM/CIS) 和配电网高级应用。
同输电网的调度自动化系统一样, 配电网的SCADA也是配电自动化的基础, 只是数据采集的内容不一样, 目的也不一样, 配电SCADA针对变电站以下的配电网络和用户, 目的是为DA/DMS提供基础数据。但是, 仅仅是配电SCADA的三遥功能, 并不能称为配电自动化系统, 必须在配电SCADA基础上增加馈线自动化 (FA) 功能。馈线自动化的基本功能应包括馈线故障的自动识别、自动隔离、自动恢复。配网故障诊断是一个复杂的问题, 根据配网实际情况和故障情况的差别, 诊断的步骤与方法不同。诊断方案应适用于单相接地故障、相一相故障、相一相接地故障和三相故障。使用范围为中性点不接地或小电流接地系统。为了完成DA的功能, 配电SCADA除了可以采集正常情况下的馈线状态量, 还应对故障期间的馈线状态进行准确的捕捉;除可进行人工远程控制, 还应对馈线设备进行自动控制, 以便实现故障的自动隔离和自动恢复。
2 配电网优化控制方法
为了降低预想事故集中的扰动带来的损失, 减少事故后的操作代价, 使系统从不安全状态回到正常状态, 所采取的一系列控制措施。如果系统进入紧急状态, 此时进行的防止事故扩大的操作称为紧急控制, 使系统进入待恢复状态。对处于待恢复状态的系统, 需要采取负荷转供和负荷切除等手段, 以尽快的给尽可能多的失电负荷恢复电能供应。本文将重点讨论恢复控制中的网络重构、电容器投切以及相关的综合优化方法。
2.1 配电网网络重构
配电网网络重构是通过选择分段开关、联络断路器的开合状态, 来改变网络的拓扑结构, 以达到减少网损、平衡负荷、提高电压质量、实现最佳运行方式的目的。网络重构是一个比较复杂的问题, 它是网络结构的优化, 从数学模型来看, 属于非线性组合优化问题。如果系统的网架结构和电气状况允许, 对每一个单重故障, 将可以找到多个可行的转供方案, 方案越多, 一则可以粗略的认为该系统的网架结构越坚强。
在树枝没有联络断路器存在的配电网中是不存在重构问题的, 所以配电网络重构理论的推导都是基于配电网具有环形结构开环运行的网络。在配电网中存在大量的常闭分段断路器和少量的常开联络断路器, 随着负荷的波动或者故障的原因, 各条馈线在轻载与重载之间转换配电网的结构允许其开合交换支路, 平衡各条馈线之间的负荷, 这不但可以增加各条馈线的稳定裕量, 消除过载, 提高其安全性, 还可以提高总体的电压质量, 降低网损, 提高系统的经济性。
配电网重构是一个有约束的、非线性、整数组合优化问题, 通常以网损最小为目标函数, 以电压质量、线路变压器容量等为约束条件, 目前配电网网络重构的算法有很多, 诸如最短路径法、遗传算法、快算支路交换算法、穷举搜索法等, 这些算法都在处理目标函数上, 在不同的方面取得了一定的进展, 但是考虑到网络重构在实际中仅是配网优化控制的一个方面, 是在多目标决策下的一种优化, 还需要受到其它优化目标的限制, 所以这些网络重构算法在实际应用中还需要做一定的调整。
2.2 电容器的投切
电容器投切在一般的配电网优化中, 主要作用就是改善电能质量和降低网损, 电容器的投切对配电网的优化控制有着很重要的意义。长期以来, 研究规划阶段电容器优化配置的文献比较多, 对运行中电容器优化投切的研究还非常有限。后来许多学者就电容器的投切策略做了大量的研究, 还有些学者针对配电网的模型进行了研究, 并对相应的算法做了进一步改进。比如在中低压配电网中, 三相负荷由于是随机变化的, 且一般不平衡, 但大多数对电容器优化投切的研究是建立在三相负荷平衡的假设条件上的。三相负荷不平衡会导致供电点三相电压、电流的不平衡, 进而增加线路损耗, 同时会对接在供电点上的电机运行产生不利影响。因此许多学者开始研究三相模型, 其中有人提出了一种配电网中三相不平衡负荷的补偿方法, 还有些文献利用三相负荷模型进行电容器优化投切的研究, 取得了较好的效果。
就优化方法而言, 不少文献和著作都介绍了各种各样的算法, 具体可以分为两类:数学模型的解析算法和优化问题的人工智能算法。前者主要有非线性规划、线性规划、整数规划、混合整数规划和动态规划等算法;后者有人工神经元网络算法、遗传算法、模拟退火算法、Box算法和Tabu搜索法等现代启发式算法。解析算法迭代次数少, 收敛速度快, 但得到的往往是局部最优解。智能算法计算速度较慢, 但在全局最优性方面较好。在实际应用中, 采用解析类算法的相对多一点。
2.3 综合优化
如果将考虑安全性的网络重构和电容器投切结合起来, 这就是计及安全性的配电网综合优化。配电网络重构是一个有约束的整数规划问题, 配电网络电容器投切是个非线性整数规划问题, 即使单独考虑其中一个问题就已经十分复杂, 若将它们综合起来考虑就会更加复杂, 网络结构的优化影响着电容器投切, 电容器投切又反过来影响网络结构的优化, 二者相互影响。对大规模配电网而言, 有一种解决办法就是将综合优化问题分解成网络重构和电容器投切两个优化子问题, 对这两个子问题进行交替迭代逐步逼近最优解。即在重构算法的优化过程中所得到的每一个可行重构方案的基础上, 加载电容器投切过程, 得到基于该重构方案的一个综合优化解, 然后依据目标函数交替迭代, 向最优解不断逼近, 直到获得最终可行方案。这种配电网预防控制的综合优化方法, 由于所针对问题及求解过程的复杂性, 使得在线应用具有一定的困难, 一般用在离线的运行规划、安全性分析与调度当中。电容器采用基于遗传算法的投切方法进行计算, 在现有的补偿设备基础上, 以网损最小为目标, 在满足电压约束前提下, 使整个网络有功损耗最小。而网络重构通过仿真配电网潮流的计算和网损的评估, 来对配电网进行重构, 确定最优网络结构。若单纯以配电网的网损作为衡量指标, 则只做电容器投切的算法效果最好, 综合优化的次之, 重构的效果相对最差, 但是从配电网整体综合优化的角度来看, 综合优化的方法则有可取之处, 具体选择哪一种算法, 需要根据实际配电网的运行情况来加以考量。
结束语
配电网优化控制方法在理论上已经有许多控制的方法, 但在实际的应用过程中, 由于存在着许多不确定因素, 如环境因素、政府政策等, 最优化的结果很可能是个综合、折衷的结果, 而不是单个方面优化后的最佳结果。配电网的运行是多个指标的综合体现, 在具体的操作中, 可以考虑如何将这些约束条件进行简化处理, 并进行综合考虑, 从而达到配电网优化运行的目的。
摘要：配电网优化控制方法在理论上有许多控制方法, 但是在实际应用过程中, 因为有许多不确定因素, 简化了约束条件, 并进行综合考虑, 从而实现优化运行的目的。本文在配电自动化的基础上进一步阐述配电网优化控制的方法。
关键词：配电网,优化控制,方法
参考文献
[1]李广河.地区电网无功电压集中优化控制系统的研究与实现[D].郑州:郑州大学, 2003.[1]李广河.地区电网无功电压集中优化控制系统的研究与实现[D].郑州:郑州大学, 2003.
[2]邱军.电力系统无功电压就地控制研究[D].武汉:华中科技大学, 2004.[2]邱军.电力系统无功电压就地控制研究[D].武汉:华中科技大学, 2004.
[3]邢晓东.金华地区电压无功优化的研究[D].杭州:浙江大学, 2005.[3]邢晓东.金华地区电压无功优化的研究[D].杭州:浙江大学, 2005.