基于接入分布式电源的低压配电网低电压问题研究

李亚迪 纪建伟

摘要：在低压配电网引入分布式电源，可有效的解决农村电网“低电压”问题。以简单电力系统等值电路为例，通过matlab软件分析未接入分布式电源配电网的末端电压偏移和接入分布式电源后配电网末端电压偏移。分析结果证明，在节点7和节点13接入分布式电源，可有效提高农村电网的末端电压。

关键词：低电压；分布式电源；电压偏移；电网末端

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）07-0040-03

农村地域广阔、线路供电半径长，低压配电网存在三相线路阻抗不对称、负荷三相不平衡、阻抗比较大等情况，容易出现低电压问题。在负荷集中使用期，供电半径大、负荷波动较大的中压配电线路容易出现负荷端电压偏低现象。

分布式电源DG（Distributed Generation）是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施。根据使用技术的不同，分布式发电装置可分为热电冷联产发电、内燃机组发电、燃气轮机发电、小型水力发电、风力发电、光伏发电、燃料电池等。分布式发电可以增加电网稳定性、降低系统网损、改善电网电压分布和负荷功率因数、延缓系统更新速度、增加电网可靠性和经济性，是电力工业的重要发展方向。

1 农村电网低电压原因分析

1.1 线路设备状况较差

首先，农村电网运行线路的搭建时间比较早，当时的建设标准和技术要求都无法满足现今用电量的快速增长和用电需求。虽然进行很多次的电网改造，但大部分线路仍然很陈旧，且标准比较低。

1.2 三相不平衡

农村居民用电的季节性突出，设备利用率不高，夏季和冬季是用电的高峰季节，加上农村种植业、养殖业发展快速，导致用电量大幅度增加，每天用电的高峰为晚五点到十一点。在用电高峰时段，部分配电变压器满载或过载运行。由于农网改造资金有限，大多配电台区不能依托三相四线来调节负荷平衡，导致单相线路的负荷较重，电压也随之下降。

1.3 无功补偿容量不够

以前，农村的用电负荷以纯阻性负载为主，现转变为以空调、电动机、电磁炉之类的感性负载为主要，加之农网位于电力系统末端，无功电源先天不足，大量无功功率被被感性负载消耗，使配网功率因数偏低，电压损耗，最终导致电压偏低。同时，重视有功忽略无功的思想普遍存在，低电压较严重的一些配电台区有无功补偿不到位。

1.4 电源点布置不足

我国大多数乡镇没有变电站，依靠邻乡变电站供电。10 kV线路供电半径过大，大量线路超过供电半径。同时，受农网资金不足影响，部分10 kV配电线路和低压台区没有得到改造。

1.5 用户供电半径大

经调查，我国农村许多变压器台供电半径超过允许值。偏远山区部分用户距离电源点远，较多使用单相轧草机、粉碎机、潜水泵等设备，当每相同时使用3台及以上设备时，电压偏移较大。同时，变压器容量也不能满足要求。我国有载变压器占总数的49. 5%，制约10 kV母线电压调整；装设有无功补偿的配电变压器652台，仅占涉及配电台区供电的4.76%，不能满足调压需求。

2 低压配电网模型

2.1 电网模型简化

农村电网结构复杂，负荷具有随机性，为简便起见，采用图1简化模型来替代。

2.2 各元件阻抗参数计算

2.2.1 变压器参数计算 农村变压器选择容量100 kVA油浸式变压器，其中Pk=1500 W，Uk=4%，则：

2.2.2 10 kV输电线路阻抗计算 该方案选择LGJ-25型号输电线，输电线路长度为10 km，则：

2.2.3 0.4 kV配电线路阻抗计算 该方案选择LGJ-16型号的电力线，计算长度为100 m线路的阻抗。

RL=rl=1.98×0.1=0.198（Ω）；XL=xl=0.376×0.1=0.037 6（Ω）。

取SB=0.16 MVA，UB=0.4 kV，则所求阻抗的标幺值在数值上与所对应的有名值相等。

取cosφ=0.8，则1 kW负荷的标幺值为：S=S/SB=（0.001+0.001×tan（arccos0.8）/0.16。

3 未接入分布式电源的低压配电网电压偏移

画出地理接线的等值电路图（见图2），并为每个节点标号，方便表示各节点的电压值，利用写出的矩阵用MATLAB计算未风光互补情况下系统的节点电压。

由图3可知，该系统各节点的电压普遍偏低，部分节点电压的电压值已经降到额定电压的70%，严重影响用户的用电质量。

4 接入分布式电源的低压配电网电压偏移

在节点7、节点13处各补偿8 kW有功功率，则等值电路图如图4所示。利用写出的矩阵用MATLAB计算风光互补情况下系统的节点电压。

由图5可知，该系统各节点的电压基本在0.95～1.00之间，部分节点电压的电压值在0.94～0.95之间，该电压仍在+5%～-10% Un之间，满足客户对电压质量的要求。

若7节点补充8 kW，13节点补充10 kW，则用在风光互补情况下系统的节点电压。

从这两种方法均可以看出，只要选择合适的补偿点，风光互补发电均可以提高线路末端电压。

5 结论

随着电力用户对电能质量要求的不断提高，农村“低电压”问题已影响供电企业运营。分析和研究分布式电源在农村电网低电压治理中的作用，得到以下结论：1） 分布式电源接入位置不同，低电压治理效果不同。接入点靠近线路末端、线路越长，低电压治理效果越明显。2） 在低压配电网中接入分布式电源，可以避免在输电线路上输送无功，减少由输送无功产生的功率损耗，提高电力系统运行效率。3） 在农村电网中接入分布式电源，可以显著提高线路的末端电压，满足用户负荷要求。

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