配电台区低压智能调压控制系统关键技术研究

路军，程乐峰，余涛

（1. 广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526060；2. 华南理工大学电力学院，广东 广州 510640）

配电台区低压智能调压控制系统关键技术研究

路军1，程乐峰2，余涛2

（1. 广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526060；2. 华南理工大学电力学院，广东 广州 510640）

为了解决线路末端低电压问题，设计了一种配电台区低压智能调压控制系统，并对其关键技术进行了研究。系统包括电压检测装置、开关控制单元和变压器。通过对配变低压侧线路的电压进行检测，当电压值超出预设范围时，输出控制信号根据预定的变压器比例对输入的电压进行调压。在电压出现波动时自动投入变压器进行变压，电压正常时则自动退出，通过旁路对用户侧进行供电，使其电压质量得到有效提升。利用该系统在高要市某配电台区进行现场测试，试验表明用户侧低电压问题得到了有效解决，保证了电压合格率，对其他支路用户电压影响小，保障了配电网安全稳定运行。

配电网；低压台区；智能；调压器；控制系统；配网自动化

0 引言

低电压会严重影响到用户用电，影响客户满意，对于低压台区众多的地区，长期低电压对居民生活影响尤其严重[1-5]。以肇庆为例，通过调查统计，肇庆地区共有低电压台区1592个，若采取常规手段改造来解决低电压问题，则资金缺口巨大，按目前每年的投资，要较长时间才能全面解决。低电压台区具有如下特点：低压供电线路半径长、导线线径小、低压时间短、用电电量小。经调查，肇庆全市共有1219个低电压台区供电半径超过500米，占低压台区总数的76.57%；部分低压线路长达2～3千米。低电压台区主干线路线径低于50mm2，占低压台区总数的84.55%，主干线路线径低于35mm2占低压台区总数的71.42%。在煮饭等用电负荷高峰期，电压由正常值降到198V以下，甚至170V左右，持续时间一般不超过3个小时。低电压台区中月用电量在5000度以下占83.2%，相当部分自然村用户数在30户左右，村平均月用电量不足1500度。

据调查，对于肇庆，目前解决低电压问题的主要手段为更换低压导线增大线径或加装新变压器缩短供电半径，但存在改造资金缺口大、解决时间长、投资效益低的问题[6-8]。将全局的低压台区全部改造，改造金额约需8个亿，2012年投入低压改造资金不足1个亿，资金缺口大。按计划解决全部低电压问题约5年，项目从立项到实施一般超过一年，不能快速解决低电压抱怨问题。在每年有限的资金中，把大量资金用在改造电量少、低电压持续时间短的台区，投资效益低。因此，需要打破常规，跳出原有模式，采用投退调压器的方式来应对目前调压器的缺点。经过调查，市场上常规调压器采用调节抽头变比调压，工作环境要求高；试验性的调压器设计复杂，效果不明显。现有调压器不适用于农村配网运行安装方便、运行维护简单、电压波动量大、经济耐用的特点[9-11]。

基于此，本文研发一种配电台区低压智能调压器，并对其关键技术进行研究。该调压器设计了旁路接触器，通过检测到配电变压器的低压侧线路电压，并根据配电变压器的低压侧线路电压控制变压器的投退（当电压偏低时，自动投入调压器进行升压，使供电电压提高，符合电压要求；当电压属于正常范围时，通过旁路供电，供电电压满足要求。所以在电压水平满足要求时，调压器不投入运行，直接消除了这期间调压器的运行损耗，起到了显著的节能效果，而对系统三相电压进行分相调控，同时也解决了三相不平衡的问题；同时该装置采用油浸式自耦调压器，使调压器运行时的冷却及节能效果更好。所以本文所开发的低压智能调压器在解决农村电网380V线路低压问题是非常有效的，对改善农村电网低压台区电压水平有着直接的效益，具有意义重大的工程价值。

1 台区电压偏低原因分析

农村地区地域广阔，用电负荷分散。台区电压偏低主要原因是[10-12]：电源布点不足、线路供电半径过大以及重过载。而台区电压偏低主要有两种情况：1）台区首端电压偏低；2）台区首端电压合格末端电压偏低。下面就这2种情况简要分析如下。

1.1 台区首端电压偏低

台区首端电压偏低主要原因在于，配变上级电源10kV线路电压偏低，配变档位选择不正确等[12，13]。因此，解决台区首端电压偏低措施：一是通过完善电网结构，缩短10kV线路供电长度，或者采用10kV升压器，解决10kV线路末端电压偏低问题；二是根据负荷特性，调控变电站10kV母线电压，或者调整配变档位。

1.2 台区末端用户电压偏低

台区末端用户电压偏低的主要原因则在于，低压无功补偿不足、台区配变重过载、负荷三相不平衡、低压线路供电半径过大等[14，15]。解决此类低电压问题，一方面加快重过载配变及负荷三相不平衡的台区改造；另一方面合理配置低压无功补偿容量，在无功基本平衡的情况下，针对农村低电压问题推广应用低压调压器，改善用户电压质量。对于不满足低压调压器应用条件时，可采用拆分台区，减少低压线路供电半径，或者增大低压线路线径方法。

由于采用低压调压器投资小，项目周期短，所以优先考虑采用低压调压器。调压器是电力供应系统中关键的设备之一，它承担着电压变换、电流分配传输，并提供电力服务。因此，调压器的正确运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的保证。

在传统电力供应系统中，电网侧直接提供单相电压或三相电压给用户侧，为了有效使得用户侧的输出电压达到额定的某一电压，需要增加调压器对电网侧的单相电压或三相电压进行变压调控[16-19]。但是，在电网侧提供三相电压的过程中，电网侧A相、B相、C相输出端的电压会在运行过程中产生不同的波动变化，如果此时利用调压器同时对电网侧三相电压进行变压，电网侧处于低压工作状态的相电压会在调压器作用下进一步升压提供正常电压给用户侧，电网侧处于正常工作状态的相电压会在调压器作用下进一步升压提供给用户侧，造成提供给用户侧的电压过高的问题，不利于电网侧三相电压在输出过程中的平衡。

1.3 农村低电压问题解决思路

有针对性的分相调压，利用电压继电器检测线路各相电压情况，并利用检测结果控制交流接触器，进而控制调压器分相投退。利用此方法，本文研发一种配电台区低压智能调压控制系统，该系统应用于农村电网。当台区某一相处于峰期时，某一相电压偏低，开发系统的功能模块检测电压到达某一数值时，自动投入某一相调压器，使台区某一相电压提高，并符合电压要求。当台区处于谷期时，功能模块检测某一相电压达到某另一数值时，自动退出某一相调压器，通过旁路供电，台区电压满足要求。有效克服了三相不平衡时，为了提高低压相的电压将正常相的电压提升为过高电压的问题，达到了“专相”提升电压的效果，使得用户端三相电压能够平衡。当某一相调压器退出时，某一相调压器处于隔离状态，避免了某一相调压器退出时一端带电引起的空载损耗，在节能方面有极大的提高。本实用新型投资小，见效快，有效解决了农村低电压的问题，真正达到了“小投资解决大问题”的效果[6，20，21]。

2 理论模型计算

2.1 低压台区简化模型

农网配电台区电压偏低有两种情况：一种是台区首端电压偏低导致台区整体电压偏低，另一种是台区首端电压合格末端电压偏低。针对这两类低电压台区，分析评估在不同条件下低压调压器接入后对用户电压的改善效果，论证应用调压器的可行性及适用条件。调压效果分析采用的低压台区简化模型如图1所示。

图1 低压台区等效模型Fig.1 Equivalent model of low-voltage area

台区配变容量50kVA，线径35mm2，负荷沿线路均匀分布，三相负荷平衡。据统计，90%台区低压线路半径不超过2km，因此，在低压台区等效模型中，线路长度取2km。国家标准规定220V电压等级电压合格范围为198～235V，故设定调压器动作值为198V。为保证调压后电压不超过235V上限，则调压器变比不应超过235/198=1.18。

调压器变比最高为1：1.18，用户电压过低的情况下使用调压器升压，仍无法满足标准要求。故安装点电压应不低于198/1.18=168V。

2.2 台区首端电压偏低情况

影响台区首端电压偏低的主要因素是上级电源10kV线路电压偏低。因此，针对台区首端电压偏低导致台区整体电压偏低情况，测试调压器调压效果时可暂不考虑台区功率因素、负载率等其他因素对用户电压的影响，对在台区首端位置安装调压器进行效果评估。

测试条件：台区首端电压196V，功率因素0.8，配变负载率60%，总负荷30kVA，调压前台区各节点电压偏低。在距离台区首端0.4km处加装调压器，最大调压范围+15%，如下图2所示。

图2 低压台区等效模型及调压器安装位置Fig.2 Equivalent model of low-voltage areaand the voltage regulator installing position

调压前后各节点电压、视在功率、线损对比如下表1所示。

表1 调压前后各节点测量数据对比Tab.1 Measuring data comparison of each node before and after the voltage regulation

由上表可见，在台区首端加装调压器，调压后各节点电压提高约15%，配变负载率提高约10%，节点3～5电压低于电灯正常工作所需的180V，调压效果不理想。因此，在台区首端电压偏低情况下，加装调压器不能有效改善全部用户电压质量。

2.3 台区首端电压合格末端用户电压偏低情况

台区首端电压合格，影响台区末端用户电压偏低的主要因素有线路供电长度、功率因数、配变负载率等。在此，着重考虑在长线路情况下，台区功率因数、配变负载率对调压效果的影响。

（1）测算功率因数对调压效果的影响

测试条件：台区首端电压230V，配变负载率60%，总负荷30kVA，调压前节点4、节点5电压偏低。在距离线路首端1.2km处加装调压器，最大调压范围＋15%，如下图3所示。

图3 在距离线路首端1.2km处加装调压器Fig.3 install the voltage regulator at the distance of 1.2km from the beginning of the line

在配变功率因数0.8情况下，调压前后各节点电压、视在功率、线损对比见表2。

在配变功率因数0.7情况下，调压前后各节点电压、视在功率、线损对比见表3。

由表2、表3可见，功率因数为0.7时，调压器投入后，节点3电压由180.6V下降到175.3 V，低于电灯正常工作所需的180V，调压效果不理想。在功率因数为0.8，台区无功相对平衡情况下，调压器投入后，提升台区末端电压，调压效果较好。

表2 配变功率因素为0.8情况下的调压前后 各节点测量数据对比Tab.2 Measuring data comparison of each node before and after the voltage regulation in case that the power factor of transformer is set 0.8

表3 配变功率因素为0.7情况下的调压前后 各节点测量数据对比Tab.3 Measuring data comparison of each node before and after the voltage regulation in case that the power factor of transformer is set 0.7

（2）测算配变负载率对调压效果的影响

测算条件：台区首端电压230V，功率因素0.8，总负荷30kVA，调压前节点4、节点5电压偏低。在距离线路首端1.2km处加装调压器，最大调压范围+15%。

在配变负载率80%情况下，调压前后各节点电压、视在功率、线损对比见表4。

表4 配变负载率为80%情况下的调压前后 各节点测量数据对比Tab.4 Measuring data comparison of each node before and after the voltage regulation in case that the load rate of transformer is 80%

在配变负载率70%情况下，调压前后各节点电压、视在功率、线损对比如见表5。

表5 配变负载率为70%情况下的调压前后 各节点测量数据对比Tab.5 Measuring data comparison of each node before and after the voltage regulation in case that the load rate of transformer is 70%

由表4、表5可见，在配变负载率80%情况下，节点3电压调压后只有177.7V，已低于电灯正常工作所需的180V。因此，在配变负载率为70%的情况下，调压器投入后，能够明显改善台区末端电压质量。

2.4 低压调压器使用条件

根据低压调压器工作原理，应用低压台区等效模型进行理论分析计算，测算得到低压调压器使用条件如下：

1）用户端电压不得低于168V；

2）台区首端电压合格；

3）配变功率因数不宜低于0.8；

4）配变平均负载率不宜高于70%。

所以当低压台区满足以上条件的情况下，出现低压问题可以采用低压调压控制系统，即调压器来进行有效改善。

3 低压智能调压控制系统设计

3.1 三相调压控制系统设计

基于前面对配电台区低压原因的分析，有必要针对现有技术的不足，设计一种三相调压控制系统，应用稳定，可靠性高，有效克服了三相电压输出的不平衡。

为解决上述技术问题，所设计的三相调压控制系统，其结构主要包括：调压器、控制器单元、第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器和第六接触器。其中，

调压器的输入端分别连接第一接触器、第二接触器和第三接触器，而第一接触器、第二接触器、第三接触器分别连接电网侧输电线的A相输电线、B相输电线、C相输电线；调压器的输出端与用户侧输电线连接；控制器单元的检测端与A相输电线、B相输电线、C相输电线连接，分别用于检测A相输电线、B相输电线、C相输电线电压；控制器单元的控制端分别连接第一至第六接触器，用于控制它们的通断；电网侧输电线分别通过第四接触器、第五接触器和第六接触器与用户侧输电线连接，用于提供电压给用户侧输电线。具体系统结构如图4所示。

图4 三相调压控制系统设计结构Fig.4 design architecture of three-phase voltage regulation control system

三相调压控制系统通过分别对A相输电线、B相输电线、C相输电线电压进行检测，配合控制器单元对各接触器的通断进行控制，使得在A相输电线、B相输电线或C相输电线电压处于低压状态时，通过控制相应的接触器的通断状态，配合调压器单独对A相输电线、B相输电线或C相输电线电压进行调节，而防止因其中一相输电线电压降低而同时对三相输电线进行调压，应用稳定，可靠性高，有效克服了电网侧三相输电线电压输出的不平衡；同时，通过第一接触器、第二接触器和第三接触器的通断来分别让A相输电线、B相输电线、C相输电线单独与调压器进行连接，使得调压器不需要使用时，能有效避免调压器输入端与电网侧输电线连接造成的损耗，更利于节能。

其中控制器单元分别对A相输电线、B相输电线、C相输电线电压进行检测分析，当A相输电线、B相输电线或C相输电线电压低于预设值时，控制器单元控制第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器和第六接触器的通断，使得电网侧输电线电压经调压器升压后提供给用户侧输电线。

具体地，控制器单元的结构原理图如下图5所示，控制器单元包括处理器和电压检测电路，处理器为单片机、ARM芯片、PFGA芯片或DSP芯片，电压检测电路的输入端对应控制器单元的检测端，处理器的输出端对应控制器单元的控制端，电压检测电路的输入端连接A相输电线、B相输电线和C相输电线，用于分别检测A相输电线、B相输电线和C相输电线电压；处理器的输入端连接电压检测电路的输出端，处理器分别对A相输电线、B相输电线、C相输电线电压进行检测分析，处理器的输出端连接第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器和第六接触器，用于控制第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器和第六接触器的通断。即A相电压检测电路用以检测A相输电线电压并发送信号给处理器，B相电压检测电路用以检测B相输电线电压并发送信号给处理器，C相电压检测电路用以检测C相输电线电压并发送信号给处理器。

图5 控制器单元结构设计Fig.5 design architecture of the controller unit

3.2 双绕组调压控制系统的设计

在传统电力供应系统中，电网侧直接提供单相电压或三相电压给用户侧，为了有效使得用户侧的输出电压达到额定的某一电压，需要增加调压器对电网侧的单相电压或三相电压进行变压调控。

在电网侧提供的三相电压的某一相或两相电压处于低压状态时，调压器会对电网侧的三相电压同时进行升压提供给用户侧，如此，会造成电网侧处于正常工作状态的相电压会在调压器作用下进一步升压提供给用户侧，造成提供给用户侧的电压过高的问题，不利于电网侧三相电压在输出过程中的平衡。

基于此，有必要针对现有技术的不足，设计一种双绕组调压控制系统，应用稳定，可靠性高，有效控制调压器与电网侧输电线间的通断，克服了三相电压输出的不平衡。

设计的双绕组调压控制系统主要结构包括：调压器、控制器单元、第一开关单元和第二开关单元。其中，调压器的输入端连接第一开关单元，第一开关单元连接电网侧输电线调压器为油浸式感应电压器，公共绕组和二次绕组之间充满变压器油，调压器在运行中，靠近公共绕组和二次绕组的变压器油受热后温度升高，体积膨胀，比重减小而上升，经冷却装置冷却后再进入调压器油箱的底部，从而形成油的循环，在循环过程中，将热量散发给冷却装置，从而使公共绕组和二次绕组得到冷却，负荷能力变强。

调压器为双绕组感应调压器，并设置有公共绕组和二次绕组，其公共绕组置于定子上，用于调压器的原边；调压器的二次绕组置于转子上，用于调压器的副边；公共绕组一端连接第一开关单元，公共绕组另一端与二次绕组一端连接，二次绕组另一端连接用户侧输电线。

图6 双绕组调压控制系统的设计结构Fig.6 the architecture design diagram of double winding voltage control system

控制器单元的检测端与电网侧输电线连接，用于检测电网侧输电线电压；控制器单元的控制端分别连接第一开关单元和第二开关单元，用于控制第一开关单元和第二开关单元的通断；电网侧输电线通过第二开关单元与用户侧输电线连接，用于提供电压给用户侧输电线。

该双绕组调压控制系统可解决调压器散热问题，该系统调压器的输入端连接第一开关单元，第一开关单元连接电网侧输电线；调压器为双绕组感应调压器，调压器设置有公共绕组和二次绕组，调压器的公共绕组一端连接第一开关单元，公共绕组另一端与二次绕组一端连接，二次绕组另一端连接用户侧输电线；控制器单元与电网侧输电线连接；控制器单元分别连接第一开关单元和第二开关单元。该双绕组调压控制系统的设计结构如下图6所示。

3.3 自耦调压控制系统的设计

在电网侧提供的三相电压的某一相或两相电压处于低压状态时，调压器会对电网侧的三相电压同时进行升压提供给用户侧，如此，会造成电网侧处于正常工作状态的相电压会在调压器作用下进一步升压提供给用户侧，造成提供给用户侧的电压过高的问题，不利于电网侧三相电压在输出过程中的平衡。

针对现有技术的不足，还需设计一种自耦调压控制系统，应用稳定，可靠性高，有效控制调压器与电网侧输电线间的通断，克服了三相电压输出的不平衡。

该自耦调压控制系统，包括调压器、控制器单元、第一开关单元和第二开关单元。其中，调压器的输入端连接第一开关单元，第一开关单元连接电网侧输电线。自耦调压控制系统的结构与双绕组调压控制系统类似，其中调压器电路结构原理图如图7所示。

图7 调压器电路结构原理图Fig.7 circuit structure schematic diagram of double winding voltage control system

所设计的自耦调压控制系统，具有如下几点特征。

1）该系统中一次绕组为从单绕组中抽出部分线匝构造，用于调压器的原边；二次绕组为包括一次绕组的抽出部分线匝在内的单绕组构造，用于调压器的副边。

2）调压器为油浸式自耦变压器，一次绕组和二次绕组之间充满变压器油。

3）系统中控制器单元包括处理器和电压检测电路，电压检测电路的输入端对应控制器单元的检测端，处理器的输出端对应控制器单元的控制端。并且，电压检测电路的输入端连接电网侧输电线，用于检测电网侧输电线电压；处理器的输入端连接电压检测电路的输出端，输出端连接第一开关单元和第二开关单元，用于控制第一开关单元和第二开关单元的通断。

4）系统中处理器为单片机、ARM芯片、PFGA芯片或DSP芯片。

自耦调压控制系统通过对电网侧输电线电压进行检测，配合控制器单元对第一接触器和第二接触器的通断进行控制，使得在电网侧输电线电压处于低压状态时，通过调压器让用户侧输电线电压得到有效提高；并配合采用油浸式自耦变压器设计，利用变压器油的绝缘性、导热性特点将单绕组进行冷却，有效解决了调压器散热问题，同时，单绕组的温升低，承载负荷能力变强，使得在同样的额定容量下，自耦变压器的尺寸较小，重量轻，占地面积小，维护方便，便于运输和安装。

4 低压智能调压器的开发设计

在配电网中，目前较为普遍的一种现象是：一个台区往往要分出几条支线，每个支线供一个较远小村落用电，每个支线上用户都在30户以下，用户比较分散，用电负荷在10kw左右，负荷波动相别不定，有时A相增高，有时B相增高。用户电压大部分时间能够保持在合格范围内，但是在集中用电期间，容易在短期内出现负荷高峰期，此时，末端电压就会被拉低，一般低于198V，严重时甚至低至170V左右，而且会持续一段时间。

针对于上述问题，现有解决低电压问题的常规方法为线路改造或新建台区。如果采用采取低压导线换大线经，只能治标不治本，不能从根本上解决问题，而且工程费用较高；如果采用新建台区拆分负荷，需另外架设高压线路，增加配电变压器，这种方案实施周期长，短时难以见效，而且工程费用较高，难以普遍推广应用。

因此，有必要针对上述由于用电峰期或谷期时，电压波动大，导致电压质量差、合格率低的问题，在第3章调压控制系统的基础上开发设计一种低压智能调压器。

4.1 结构设计

设计的调压器主要结构包括五个部分，即电压检测装置、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关和变压器。其中，电压检测装置检测配电变压器的低压侧线路的电压值，当电压值超出预设的电压值范围时，输出控制信号控制第一、第二控制开关闭合，以及输出控制信号控制第三控制开关断开；且当电压值进入预设的电压值范围时，输出控制信号控制第一、第二控制开关断开，以及输出控制信号控制第三控制开关闭合；变压器根据设定的变压比例对输入的电压进行调压。调压器在电压出现波动时自动投入变压器进行变压，电压正常时能够自动退出变压器，通过旁路对用户侧进行供电，使用户侧电压质量得到有效提升，保证了电压合格率，保障了配电网安全稳定运行。其原理结构如下图8所示。

图8 智能调压器设计结构Fig.8 the architecture design diagram of smart voltage regulator

4.2 各组件连接关系

基于图8所示的总体结构设计，主要包含5个组件，即电压检测装置、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关和变压器，这5个部分的连接关系为：

电压检测装置的输入端与配电变压器的低压侧线路连接，并分别与第一控制开关、第二控制开关以及第三控制开关的控制端连接；第一控制开关、变压器、第二控制开关依次连接；其中，第一控制开关与配电变压器的低压侧线路连接，第二控制开关与用户侧线路连接；第三控制开关连接在配电变压器的低压侧线路与用户侧线路连接之间。

该调压器各组件的连接关系具有如下特点：

1）电压检测装置与变压器连接，电压检测装置还用于根据电压值计算变比参数，并根据变比参数控制变压器的变压比例。

2）该配电网调压装置，电压检测装置包括电压检测电路和处理器；电压检测电路的输入端与配电变压器的低压侧线路连接，输出端与处理器连接；处理器与第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关连接，还与变压器连接。

3）该配电网调压装置，根据电压值计算变比参数包括：k=U0/ Ux。其中，k为变比参数，U0为额定电压，Ux为检测配电变压器的低压侧线路的电压值。

4）电压检测装置用于分别检测配电变压器的低压侧线路A相、B相、C相的电压值，当电压值超出预设的压值范围时，输出控制信号控制第一控制开关、第二控制开关闭合对应的单相线路，以及输出控制信号控制第三控制开关断开对应的单相线路；且当电压值进入预设的压值范围时，输出控制信号控制第一控制开关、第二控制开关断开对应的单相线路，以及输出控制信号控制第三控制开关闭合对应的单相线路；三相变压器根据设定的变压比例分别对对应的单相线路输入的电压进行调压。

5）电压检测装置与三相变压器连接，电压检测装置还用于根据电压值计算A相、B相、C相的变比参数，并根据变比参数控制三相变压器对应的单相线路的变压比例。

6）电压值计算A相、B相、C相的变比参数包括：kA=U0/ UA，kB=U0/ UB，kC=U0/ UC。其中，kA为配电变压器的低压侧线路A相D 变比参数，kB为配电变压器的低压侧线路B相的变比参数，kC为配电变压器的低压侧线路C相的变比参数，U0为额定电压。

如图9所示为三相线路的配电网调压装置结构示意图。

图9 三相线路的配电网调压装置结构示意图Fig.9 Three-phase line distribution network voltage regulator device structure diagram

三相变压器根据设定的变压比例（1：k）分别对对应的单相线路输入的电压进行调压；一般情况下，k值为1.1至1.2之间，具体可以根据实际使用环境进行设定。

如图9所示，电压检测装置与三相变压器连接，电压检测装置还用于根据电压值计算A相、B相、C相的变比参数，并根据变比参数控制三相变压器对应的单相线路的变压比例。装置可根据电压变化来分别智能调节变压器A相、B相、C相的变压比例，从而可以使得用户侧得到稳定的电压值，提高了供电质量，保证了电压合格率，保障了配电网安全稳定运行。

5 试验研究

5.1 现场试验

本文所开发低压智能调压控制系统在高要市蛟塘镇良村（小塘村）进行了现场试验，该村配电网于2004年进行了全面技术改造。随着居民生活水平的不断提高，居民的用电量也不断提高，为满足居民用电需求良村台区配变容量已经进行了两次增容：2007年由原来的100kVA增容至160kVA，2011年增容至315kVA。

但随着用电量的不断提高，低压线路已经不满足居民用电需要，如该台区供电的自然村小塘村从良村台区配变到小塘村低压出线约1.2kM，且线径偏小（主线70mm2，村内巷线35mm2）。在夏季、冬季的居民用电高峰季节，由于电压偏低问题引起了用户投诉。

为能在有限投资的前提下，解决居民电压偏低问题，决定采用在低压线路安装低压智能调压器的手段来缓解低电压的现状。目前，已经在小塘村低压侧线路入村附近安装了变比为1：1.1的调压器，该调压器容量为20kVA，采用自耦式接线，并采用继电器实现分相投切。在调压器前后各安装一套计量终端，利用计量自动化系统对调压器的进行数据收集，该调压控制系统安装位置如图10所示。

图10 现场安装位置Fig.10 the site installation location

调压前和调压后计量终端电压分别如图11和图12所示。

图11 调压前计量终端电压Fig.11 the metering terminal voltage before voltage regulation

图12 调压后计量终端电压Fig.12 the metering terminal voltage after voltage regulation

5.2 试验分析

（1）电压分析：

从计量系统调出的数据观察分析，在负荷低峰时段入村各相电压正常。

（a）11月11日18时用电负荷突增，A相电压降至200V，调压器A相动作，将A相电压升至223V，其他两相不动作；约半个小时后负荷下降，调压器返回；在调压器动作前、动作后，入村三相电压正常。

（b）11月12日18时用电负荷突增，A相电压降至204V，调压器A相动作，将A相电压升至228V，其他两相不动作；约半个小时后负荷下降，调压器返回；在调压器动作前、动作后，入村三相电压正常。

从上述结果可得知，该调压器的投入对电压起到明显改善作用，具体调压效果如图13所示。

图13 调压器前后计量终端电压对比Fig.13 voltage comparisons of metering terminal before and after voltage regulation

（2）损耗分析：

（a）空载损耗：通过对比调压器前、调压器后计量终端的“瞬时总有功”记录数值，该调压器空载损耗约110W（空载损耗主要为励磁损耗，励磁损耗随电压的变化而变化，取去除明显出错的数据后取平均值的方法得出空载损耗近似值）；

（b）负载损耗：由于秋季居民用电量不大，观测到调压器投入的时间较段短，且调压器未曾达到额定容量运行（20kVA），按统计数据初步估计负载略大于损耗250W；

（c）总损耗分析：11月11日0时至11月13日0时（48小时），调压器前计量终端行度为8.18，调压器后计量终端行度为7.8，两值相减并剩以倍率（15倍），得出该调压器在48小时内耗费了5.7kWH的电量，占输入小塘村该时段总电量的4.6%。

（3）对整个台区电压及无功影响分析：

a）电压影响：从计量系统调出良村台区计量终端数据，观察负荷高峰时段，小塘村用电量仅占整个台区约10%，且调压器动作前后良村台区首端电压几乎没有变化。

良村台区配变容量为315kVA，使用的调压器额定容量为20kVA，调压器的使用对于这种配变容量较大台区影响不大。对于配变容量较小（如50kVA）的台区，调压器动作前后对电压的影响仍需进一步考证。

b）无功影响：该调压器采用自耦式接线，属于感性元件，在投入系统时需要消耗无功功率。

通过对比调压器前、调压器后计量终端的“瞬时总无功”记录数值，采用取平均数的方法，得出该调压器消耗无功约1kVar，占良村台区消耗总无功约5%。

6 总结

本文设计了一种配电台区低压智能调压控制系统，总的来说，具有如下特点：直接将低电压升压到合格电压范围内，并且装设有过电压保护器、低压开关过流跳闸等保护；可根据用户情况设计调压器容量，同时可做成单相调压器，适合所有用户的电压调整需求；调压器智能控制调压，可保证三相输出电压值在正常范围内；调压器的损耗受负荷影响很小，在有功、无功变化大的情况，同样可以将电压提升，且调压器负载损耗低；调压器可根据用户需要，解决用户电压问题。同时可利用在接有小水电的发、供混合线路的台区电压低和电压高的场合。因此，可适用于所有台区存在电压问题的情况。从技术上解决了农村电网380V输电线路低电压问题，对改善农村电网低压台区电压水平有着直接的效益，提高客户满意度的效果十分显著，具有重要的工程应用价值。

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Key Technologies Study of Smart Low-voltage Regulation Control System in Distribution Area

LU Jun1, CHENG Le-feng2, YU Tao2
(1. Zhaoqing Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Zhaoqing, 526060, China; 2. Electric Power College, South China University of Technology, Guangzhou, 510640, China)

In order to solve low-voltage problems in line terminal, a low-voltage regulation control system in distribution area was developed, and its key technologies were studied. The system includes voltage detection device, switch control unit and transformer. The line voltage on transformer low-voltage side is measured. When voltage exceeds preset range, the controlling signals are output to regulate the input voltage according to preset ratio of transformer. The transformer can be automatically put into operation when a voltage fluctuation occurs; otherwise, the transformer is out of operation automatically when voltage is normal. Then the power is supplied for users via the bypass circuit, moreover, the power quality is improved effectively. A field test is made in a certain distribution area of Gaoyao city. Test results show that user side problems of low voltage have been totally solved, and the voltage qualified rate is ensured. The systems has a litter impact on voltage of electricity users who in other branches, as well as ensures a safe and stable operation for distribution network.

Distribution network; Low-voltage area; Smart; Voltage regulator; Control system; Distribution automation

路军，程乐峰，余涛. 配电台区低压智能调压控制系统关键技术研究[J]. 新型工业化，2016，6（11）：35-47.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.11.004

: LU Jun, CHENG Le-feng, YU Tao. Key Technologies Study of Smart Low-voltage Regulation Control System in Distribution Area[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(11) : 35-47.

广东电网公司职工技术创新项目（GDDW14201403030700054）及中国南方电网科技项目资助。

路军（1962-），男，硕士，通信作者，肇庆供电局技术专责，主要从事向：配网自动化和电力生产设备管理等；程乐峰（1990-），男，博士研究生，主要研究方向为配网自动化、电力系统智能优化及控制等；余涛（1974-），男，教授，主要研究领域为复杂电力系统的非线性控制理论和仿真、智能控制算法等