基于归一负荷矩的配电网低电压补偿调控技术

2022-10-27邓海平

电气技术与经济 2022年5期

邓海平

（广东电网有限责任公司佛山供电局）

0 引言

近几年，配电网发生巨大的改变。为了能够满足负荷不断增长的需求，配电网的规模以及容量都快速扩大，使得原有复杂配电网的结构更加复杂，部分地区的配电网发展与负荷的增加表现出不同步的现象，进而造成配电网的末端电压逐渐降低。加之，在当前科技水平不断提升的背景下，配电网中出现越来越多对电压要求极高的敏感负荷，进一步增加配电网的运行负担，极易造成潮流反向流动，最终导致配电网出现过电压的问题［1］。电压是衡量电能质量的关键指标，同时也是保障供电服务的基础条件［2］。但由于近几年各地区经济条件的逐渐改善，用电设备在近几年呈现出快速增长的趋势，造成低电压问题频频发生，严重影响用电用户的正常生活和生产工作。当前，在实际开展对低电压的整治时，由于缺少理论指导，会尝试对整个区域进行大范围改造，以此解决低电压问题，进而造成严重的资源浪费，同时也会消耗大量的人力、物力［3］。因此，为实现对配电网低电压的整治，本文在引入归一负荷矩的基础上，开展对配电网低电压补偿调控技术的设计研究。

1 基于归一负荷矩的配电网低电压负荷矩计算

为实现对电力配电网在运行过程中低电压的精准补偿与调控，本本将引进归一负荷矩，对配电网在运行过程中的低电压负荷矩进行计算。在此过程中，应先建立针对配电网的低压电路模型，根据不同接线之间的关系，进行线路损耗的计算［4］。计算过程中，定义配电网中电力线路在输电过程中的单位阻抗表示为R＋jX，明确阻抗在电路中所携带的负荷值，与其线路功率因数之间存在一定的关系，定义负荷值表示为P，线路功率因数表示为cosφ，可根据不同参数之间的关系，对配电网在输电过程中的线路损耗进行计算。计算公式如下。

式中，Δu表示配电网在输电过程中的线路损耗；l表示配电网输电线路长度；U表示额定电压值，计算中，U的取值一般为固定值。将等效配电网线路模型在运行中的相关参数进行上述计算公式的匹配，通过计算得到线路在输电过程中的损耗。在此基础上，根据配电系统的母线电压与供电服务端的额定电压，参照电能服务供电偏差允许规定，设定供应服务侧的允许偏差单位为η，以此为参照，通过下述计算公式，得到配电网低电压负荷矩：

式中，K表示配电网低电压负荷矩。按照上述方式，完成基于归一负荷矩的配电网低电压负荷矩计算。

2 配电网低电压负荷归一化

完成上述计算后，将配电网低电压负荷矩计算值作为参照，进行配电网低电压负荷的归一化处理，处理过程中，忽略不同类型或不同型号线路中电气参数对其输电、供电的影响，定义此线路的负荷补偿值为p′，通过不同区段导线数量的直接求和计算方式，进行表征线路的混接处理计算。混接时，如果选择截面面积较大的导线作为负荷基准，则配电网输电线路在运行中，其线路的负荷矩便已经超出了基准值，可以通过对基准值的比对，评价配电网在运行中是否处于低电压状态。

但在上述内容中，如果直接采用较为保守的配电网低电压负荷矩计算方法，进行电压负荷的归一化计算，会造成线路的漏判与错判问题，无法实现对配电网中低电压线路的精准判定与识别［5］。反之，如果选择截面面积较小的导线作为负荷基准，会出现计算中线路末端低电压现象不显著的现象。因此，可以根据配电网中线路几何间距与末端传输极限功率，进行配电网低电压负荷的归一化处理。处理前，先选定一个归一化系数作为处理参照值，按照计算式（2）对输电线路的低电压负荷矩进行计算。通过初步计算，掌握不同直径下线路混搭工况下的低电压负荷矩具体值。再按照下述公式计算线路上的电压损耗量：

式中，Δu0%为电压损耗量；R0为单位电阻；X0为电抗；φ为功率因数；Un为额定电压。在此基础上，对不同线路进行绞线归算，得到在不同基准线条件下输电线路之间的归一化关系。同时，在完成对电压损耗量的计算后，式（2）需要进一步转化为：

根据两者的关系与配电网的台区拓扑，选择线路中的输电主干线作为归一参照线路，确定处理过程中的基准化线型。参照归一化系数基准表，确定归一处理系数，按照下述计算公式，进行配电网低电压负荷的归一化处理：

式中，F表示配电网低电压负荷的归一化处理；β表示负荷矩标准值；n表示输电线路中的节点信息；i表示承重比值。通过上述公式，完成对配电网低电压负荷的归一化处理计算，计算过程中，考虑到输电线路的运行可能会受到外界环境等因素的干扰出现异常，因此，有必要在现有工作的基础上，结合实际情况，在计算中导入随机干扰系数，根据系数的实际权重，进行线路的标号，通过此种方式，实现对末端电压的实时感知，保证归一化处理的规范性。

3 最小能量补偿调控与完全电压补偿调控

在完成上述操作后，为实现对配电网低电压的有效补偿和调控，根据配电网低电压相位偏移补偿程度的不同，分两种补偿调控策略，其中一种为最小能量补偿，另一种为完全电压补偿。第一种补偿调控策略是在配电网电压出现波动时，在保证电压幅值大小恒定不变的情况下，将控制补偿装置输出的有功能量控制到最低限值。在具体实施中，通过调节负载侧的电压，使对应位置上的电压与负载电流之间逐渐趋于垂直，以此确保装置输出的有功能量为最小值。下图为这一补偿调控方式的原理图。

图最小能量补偿调控原理图

图中IR表示配电网电压在没有出现低电压问题时的负载侧电流；UR表示为出现低电压时负载侧电压；UG表示未出现低电压时电网侧电压。U′R表示补偿调控后的负载侧电流；U′G表示补偿调控后的负载侧电压；UAC表示补偿调控时提供的补偿电压。在补偿调控过程中，UAC可表示为：

其中，UR可通过下述公式计算得出：

U′G可通过下述公式计算得出：

式中，θ表示电网电压相位偏移角度。按照上述方式对配电网进行补偿调控可保证负载侧电压的稳定。完全电压补偿调控是在上述最小能量补偿调控的基础上，针对电压波动时出现的相位偏移情况，为其提供所需的电压幅值，这一方法能够在具备最小能量补偿优势的基础上，进一步提高调控精度。

4 实验

按照上述内容，从理论方面对配电网低电压补偿调控技术进行设计，为验证这一技术在实际应用中的可行性以及其与串联电压补偿技术相比具备的优势，选择以某电力企业作为依托，针对该电力企业中的配电网运行过程中产生的低电压问题进行补偿调控。该配电网中包含5条主干线路，表1为5条主干线路的基本参数记录表。

表1 5条主干线路基本参数记录表

针对表中5条主干线路，对其发生低电压问题时进行补偿调控。为实现对补偿调控效果的量化比较，选择将补偿调控后各个线路的节点电压作为评价指标。在发生低电压问题时，各个主干线路上的节点电压会比表1中记录数值低，且差值超过±10.0V。因此，通过对比两种调控技术应用后各个线路上的节点电压与表1中对比得到的差值大小，可实现对补偿调控效果比较。若补偿调控后，此时线路节点电压与表1中记录数据相比，差值在±10.0V范围内，则说明低电压问题得以解决，恢复了线路电压稳定运行；反之，若补偿调控后，此时线路节点电压与表1中记录数据相比差值超过±10.0V范围，则说明仍然存在低电压问题，没有恢复线路电压稳定运行。根据上述论述，将补偿调控结果记录如表2所示。

表2 两种补偿调控技术应用后调控效果对比

结合表2中的数据可以看出，利用本文提出的补偿调控技术可将5条主干线路的节点电压控制在合理范围内，在出现低电压情况时，实现对节点电压的快速恢复，确保主干线路运行问题，进而提高配电网整体运行稳定性。作为对照组的串联电压补偿技术在应用后仅实现对编号＃3主干线路低电压问题的治理，但其他主干线路的节点电压差值仍然不符合规定要求，未解决其低电压问题。因此，综合上述得出的实验结果能够证明，本文在引入归一负荷矩后提出的补偿调控技术可实现对配电网低电压的有效治理，恢复配电网的正常运行。