变电站出线电压对配电网电压质量的影响研究

李丰君 牛荣泽 董轩 谢芮芮 张建宾 张溢戈

摘 要：针对农村配电网区域性低电压问题，本文基于PSS SINAL软件，对变电站出线电压对中压配网线路上各配变的影响进行计算。计算模型还原了现场配电网的实际网络架构，通过设定不同的配变负载率和变电站出线电压，计算出各类运行状况下配电网台区电压的变化情况，说明了调整变电站出线电压对治理配变低电压问题的有效性。

关键词：低电压;配电网;变电站母线;PSS SINAL模型

中图分类号：TM63文献标识码：A文章编号：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

随着中国经济社会发展进入新时代，人民对美好生活的向往也逐渐体现在用电方面。农村配电网供电质量要求逐渐从“用上电”向“用好电”转变，对供电质量的要求日渐提高。其中，电压是供电质量中最关键的指标之一，也是关系用户用电水平的关键指标。

农村D类供电地区配电网的标准供电半径不应大于15 km，但随着农村负荷的不断攀升，农村地区的配电网网架结构逐渐难以适应日益增长的用电需求，在标准供电半径内逐渐出现了大量低电压台区。变电站出线电压是决定配电网电能输送能力上限的重要影响因素，变电站出口处的不同电压将直接影响配电线路的电压情况。

李睿[1]着重分析了低电压出现的原因，并从多个角度给出了解决方法，但没有针对变电站出线电压变化对配电网配变电压的影响进行研究;文献[2-3]重点研究了变电站10 kV和35 kV两种电压等级线路的输电能力，分析了其对配电網供电电压质量的影响，但没有考虑10 kV出线的调压范围对配电网供电电压的影响，且没有搭建网架模型进行计算;仇世邦[4]从多个层级探讨了配电网低电压治理方法，主要针对无功补偿装置的配置进行研究，但对变电站出线电压的影响提及较少;张忠会等[5]通过模糊层次分析法对农村配电网进行了低电压严重程度的判定，但未提及治理方法;胡翔等[6]介绍了无功补偿薄弱的配电网配置补偿装置方法，但是对于变电站出口电压不高引起的功率因数较高的线路供电质量问题没有提出解决方法。

针对变电站母线电压对配电网供电电压的影响，本文首先通过搭建实际配电网网架模型还原真实配电网情况，然后设定不同配变负载率来改变线路负荷状态，并通过改变变电站10 kV电压调压情况来模拟实际配电网情况，研究变电站电压对配电网供电电压质量的影响。

1 配电网计算模型

一个较完整的配电网等效电路的计算模型如图1所示。其中，G代表变电站;L代表10 kV配电网中压输电线路;T代表配变;F代表用户负荷。

根据图1可知，线路末端电压和电压降落计算方法如式（1）至式（4）所示。

式中，[R]和[X]分别为线路的总电阻和总电抗;[r]和[x]分别为线路单位长度的电阻和电抗;[l]为线路长度;[U1]为线路首端电压，可以认为其为变电站低压母线电压;[U2]为变压器高压侧电压;[U3]为变压器低压侧出口电压;[P]为有功功率;[Q]为无功功率;[UN]为额定电压;变比为1∶[k]。

考虑到农村配电网大部分为辐射状电网结构，小部分为环网结构，因此在进行潮流计算时可以采用牛拉法进行计算。

由图1、式（3）和式（4）可知，线路首端电压对线路末端电压有直接影响，改变首端电压及末端负荷都会改变供电电压质量;配电网中现场配变容量配置与负荷大小有直接关系，因此仿真计算期间，在设定负荷时，本文将负荷按照配变容量分配至线路上的各个配变中，还原实际运行中各配变的运行情况。

本文设置5种情况进行计算、比较和分析，如表1所示。

2 配电网网架模型

PSS SINAL软件是可以用于电力系统分析的综合系统计算工具，在电力模块部分具有潮流计算、短路分析等功能，具备工程应用的基础。

本文通过对某地区配电网的220 kV变电站的10 kV出线进行网架还原，在PSS SINAL软件中搭建出真实配电网GIS拓扑结构，如图2所示。

该220 kV变电站主变具体参数如表2所示。

由主变参数可知，220 kV主变低压侧设计时未考虑带用户负荷运行，10 kV低电压不具备调压功能，最高电压只有10 kV而不是10.5 kV。因此，对其进行仿真计算，可以反映出变电站首端电压对配电网供电电压质量的影响。

3 计算结果

根据表1设置的多种配电网运行状态，分别进行计算，几类情况下，各配变低压侧出口电压变化情况如图3所示。

从图3可以看出，当负载率达到40%时，变电站出线电压10 kV时有50台配变低压侧出口电压低于198 V，根据相关国家标准，当配变低压侧出口电压低于198 V时，配变出现低电压问题;当变电站出口电压达到10.5 kV时，线路配变低压侧出口电压均符合标准要求。

从仿真模型和计算结果可知，变电站出口电压不变时，随着负荷的上升，线路各处配变电压逐渐下降，且线路末端电压下降幅度最大。

变电站出口电压对配电网供电电压质量有直接影响，适当提高变电站出口电压可以有效提升农村配电网供电电压质量，可以有效地解决配变低电压问题。

4 结语

本文基于PSS SINAL软件构建了配电网仿真模型，通过改变负荷和变电站出线电压来还原实际配网的多种运行情况并进行计算，研究了变电站母线电压对配电网电压质量的影响。计算结果表明，提高变电站出线电压，可以在负荷大幅升高时满足用户用电需求，提高配电网供电电压质量。研究结果在农村配电网低电压问题治理、夏季负荷峰谷时的电压调整等方面具有一定的应用价值。

参考文献：

[1]李睿.低压配电网电压质量问题分析与治理[J].电工技术，2020（1）：110-112.

[2]徐庆华，李学军，巩保峰，等.220 kV变电站低压侧电压等级的选擇研究[J].上海电气技术，2018（1）：8-10.

[3]张鹏超，鲍海泉，朱洁，等.配电网电压调整与治理方法[J].农村电工，2018（8）：40-41.

[4]仇世邦.县域配电网低电压分析与治理[D].济南：山东大学，2018.

[5]张忠会，曾如霞，赖飞屹.基于模糊层次分析法的农村配电网低电压治理[J].广东电力，2017（9）：111-117.

[6]胡翔，邵叶晨，雷超，等.计及电压不可行节点的配电网低电压治理方法[J].电力系统保护与控制，2017（13）：102-109.