基于单相配电模式的潮流分析

摘 要：随着电网技术的发展，人们对于供电的需求不断增加。单相配电系统由于采用单相变压器，并且中压线路深入负荷中心，它可以达到降低低压网络损耗、提高用户侧的供电质量、降低网络运行成本的目的。本文对单相配电系统的配电模式简单分析，重点对单相配电模式的潮流分析方法展开研究，重点对节点指定法进行了分析，结合变压器等值电路，并利用两节点的节点指定法建立了单相两线式配电变压器潮流计算模型，利用三节点的节点指定法建立了单相三线式配电变压器潮流计算模型，该潮流分析方法对单相配电模式在配电网改造奠定了理论基础，具有实际应用价值。

关键词：单相配电系统；等值电路；节点指定法；潮流计算模型

单相供电方式采用单相变压器，可以将10kV配电线路延伸至负荷中心，利用单相变压器容量一般都比较小的特点，可以满足“小容量、密布点、短半径”的原则进行低压配电变压器布点，从而达到降低低压网络损耗、提高用户侧的供电质量、降低网络运行成本的目的[3]。配电网单相供电方式的这些优点在负荷较为分散的城乡、农村地区更能凸显。

任何一种供电方式在应用之前都必须对其在电能质量方面的改善效果进行验证，而验证的基础就是对相应的网络进行潮流计算分析。为了验证单相配电系统的在特定条件下应用的优越性，需要进行改造前三相配电网络与改造后单相配电网络的潮流对比分析。

1 单相配电模式

1.1单相配电模式的概念

所谓配电模式是指供电系统向特定的区域、特定的用户供电所采用的供电形式、供电方法。单相供电模式是相对于三相供电模式而言的，与三相供电模式不同，单相供电模式采用单相变压器向用户供电，10kV中压线路深入负荷中心，适用于以生活用电为主的居民小区或者单三相负荷界限分明的用电区域 [1]。

1.2 单相配电模式的作用

与三相变压器相比，单相变压器接入的用户较少，能够大幅度地提高供电可靠性。随着配电网建设的不断推进以及管理的日益规范，三相四线制供电方式的缺陷日益暴露，为了在配电网改造过程降低设备投资，减小设备功率损耗，提高企业的运营管理效益，单相供电系统越来越受到供电企业的重视。

苏州电力公司率先在城乡、农村地区进行了单相供电系统的试点工作，截止到目前，苏州地区已经安装了数千台单相配电变压器[2]。实际运行经验表明，采用单相配电变压器后，该地区的线路损耗以及配电变压器运行损耗大为降低，特别是无接缝卷铁芯结构的单相变压器，其降损效果更加明显。

2 单相配电模式的潮流分析方法

单相供电为一种新兴的供电方式，所以目前还没有专门的设计规范或者统一标准，通过对单相供电方式试点地区进行调查分析[3]。

2.1 潮流计算

2.1.1潮流计算

潮流计算是指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算[4]。

2.1.2潮流模型

由于单相配电网络采用单相变压器进行供电，因此在进行单相配电网络潮流分析之前，必须首先建立单相变压器的潮流计算模型。单相变压器的潮流计算模型可以借助节点间指定法而推导[5]。

2.2 节点间指定法

是指通过相应的运算将任意节点的电压、电流转换成节点间电压、电流的表示形式[6]。

图1为一两节点网络，其中（i）、（j）为网络中的两个节点，I·i 、I·j分别为相应节点的注入电流，i、j分别为相应节点的节点电压，I·ij为由节点（j）流向节点（i）的电流，I·′j为外部注入节点（j）的电流，ij为节点（i）、（j）之间的电压。

电压i、j与电压ij、j之间关系的向量表示形式为

以上变换即为两节点的节点间指定法，可以用于单相两线式变压器的潮流计算模型推导。可以对两节点的节点间指定法进行拓展，得到多节点形式的节点间指定法，其中三节点形式的节点间指定法是单相三线式变压器潮流模型推导的基础，因此下面继续对三节点形式的电压、电流变换关系进行分析[7]。

图1为一三节点网络，其中（i）、（j）、（k）为网络中的三个节点，i 、j、k分别为相应节点的注入电流，i、j、k分别为相应节点的节点电压，ij为由节点（j）流向节点（i）的电流，kj为由节点（j）流向节点（k）的电流，′j为外部注入节点（j）的电流，ij为节点（i）、（j）之间的电压，kj为节点（k）、（j）之间的电压。

3 单相变压器潮流计算模型

通过单相两线式变压器潮流计算方法和单相三线式变压器潮流计算方法来模型[8]。

3.1 单相两线式变压器潮流计算模型

城市居民区与农村居民区在建筑特点、负荷密度等方面存在差异，因此对两种居民区的低压接入方式进行差异化设计。

城市单相两线式变压器的等值电路如图2所示。

式中：Z1、Z2、Zm分别为单相变压器高压绕组阻抗、低压绕组阻抗与自阻抗；R1、R2分别为高压绕组电阻、低压绕组电阻；ω为角频率；L1、L2、M分别为单相变压器高压绕组自电感、低压绕组自电感与高、低绕组互电感[9]。

单相两线式变压器高压侧、低压侧的电压利用节点指定法进行电压变换，即

3.2 单相三线式变压器潮流计算模型

单相三线式变压器等值电路如图3所示。

等值电路中，由理想变压器部分各参数分析之后，再根据单相两线式变压器的节点指定法推导，最后考虑单相三线式变压器等值电路，得到理想变压器的模型如图4所示。

4 总结

本文对单相配电模式下的节点指定法进行了分析，并利用两节点的节点指定法建立了单相两线式配电变压器潮流计算模型，利用三节点的节点指定法建立了单相三线式配电变压器潮流计算模型。

对单相配电模式的潮流分析为后续验证单相配电系统在配电网改造中的优越性验证奠定了理论基础，通过潮流分析计算供电方案下相同节点处的节点电压，通过对比分析和验证，得到单相配电供电方案可以有效改善电能质量的结论，利用对单相配电模式进行潮流分析的节点指定法能够很好应用在单相配电系统，对配电网的改造和升级提供了理论基础和数据基础。

参考文献：

[1]程浩忠，姜祥生.20kV配电网规划与改造[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]李睿.城乡配电网中单相供电系统设计[D].北京交通大学，2012.

[3]姚鏗.采用单、三相变压器混合线路降低线损.电力需求侧管理，2005，1：4647.

[4]张辉.三相四线制配电网络潮流模型与算法研究[D].重庆大学，2007.

[5]颜伟，刘方，王官洁.二相辐射型配电网络的相分量潮流计算[J].电力系统白动化，2002（6）：4147.

[6]颜伟，刘方，工官洁.辐射型网络潮流的分层前推回代算法[J].中国电机工程报，2003，8：7680.

[7]蔡桂龙，刘海燕.单相供电技术的应用[J].江苏电机工程，2002，21（1）：3842.

[8]吴文传，张伯明.变压器的详细模型推导与三相配电潮流计算[J].电力系统自动化，2003（4）：5356.

[9]毛大澎.城市中低压配电网建设改造技术细则[Z].北京：中国电力出版社，2007.

[10]张辉.三相四线制配电网络潮流模型与算法研究[D].重庆大学，2007.

作者简介：韩韬（1988），男，专业及研究方向：机电一体化。