郊区低压台区无功特性分析及其治理策略研究

史帅彬　刘莎　王鑫++俞龙飞

【摘 要】郊区低压台区存在线路结构不合理、季节性负荷比重大，导致电压合格率偏低的问题，使得低压台区产生额外的电量损耗。本文通过分析某低压配网三种典型台区电网结构和高峰月用电情况，明确了各典型台区无功特点，提出了以降低网损为目标的无功补偿治理策略，并从典型台区中选取两个进行算例分析。

【关键词】郊区低压台区；无功特性；无功补偿策略

0 引文

由于郊区具有地域广、农业负荷多等特点，其低压台区含有大量的抽水泵、增氧泵等间歇性、季节性泵类负荷设备，使其动态无功需求大；同时低压台区存在线路长、线径小、卡脖子和迂回供电等问题，且一些农村住宅用户采用“串灯笼”式的供电方式，线路需要输送大量的无功功率，使得台区电压偏低；但在部分月份用电量少，无功补偿没有及时切除，而无功过剩又会导致线路无功倒送，引起电压偏高。因此合理的无功补偿策略可以在减少配网损耗、提高台区电压质量。

而目前国内采用的办法绝大多数都是运维人员根据操作经验和主观判断，选择设备老化、电压质量等问题严重的台区作为无功补偿对象。采用这种方法的局限性体现在以下几个方面：

（1）未必满足低压配网台区的实际状况，补偿效益不高；

（2）当台区数据量很大时，筛选过程繁琐、低效；

（3）筛选过程主观性强，缺乏科学系统的判断依据。

对于郊区低压台区的无功特性治理策略，文献[1]分析了郊区低压台区基本现状和出现问题的原因；文献[2]提出根据日负荷变化进行低压台区无功补偿的方法，实现线路和大用户的随机补偿，以解决边远山区低压配电台区线路过长、末端电压低的问题；文献[3-4]提出低压精细化无功自动补偿装置，解决郊区区域负荷周期性波动的问题；文献[5]提出了一种低压配电网无功补偿分散配置优化方法，先以所有负荷节点作为候选补偿点求解优化模型，再选定几个重要补偿点再求解优化模型，获得理想的分散无功补偿配置方案。以上的文献中提到的无功治理策略缺乏对不同台区特性的分析，不能针对不同的典型台区提出更合适的治理方案。

本文拟从某低压台区选取三类典型台区，并根据典型台区的年用电量、线路长度以及用电高峰月份等特点进行并无功特性分析；提出以降低损耗为目标的无功补偿策略优化模型，并选取两个台区进行算例分析。

1 某分区供电局的低压台区概况

2012年某分区供电局全采样综合电压合格率为91.46%，其中就0.4kV低压配网而言，全采样综合电压合格率74.64%；2013年，全采样综合电压合格率为94.93%，同比升幅3.77%，其中就0.4kV低压配网而言全采样电压合格率为81.68%，同比升幅12.11%。2012-2013年全年的0.4kV低压配网台区的电压合格率如图1所示：

图1 2012-1013年全年的0.4kV某低压配网台区的电压合格率

从图1中可以看出：

（1）2012年该低压配网台区电压合格率是比较低的，尤其是1-3月份，电压合格率低于70%。这可能是由于春节期间负荷较轻，而台区又多采用配电变压器低压侧集中补偿，导致某些地方电压偏高的缘故。

（2）2012年该台区8-10月份电压合格率较1-3月份略有提升，但是电压合格率仍然偏低，这主要是因为在夏季大量鱼塘、虾塘中增氧泵以及住民空调的使用、台区供电半径过长以及配变的电压档位数量不合理等因素的影响，台区末端电压越下限。

（3）2013年全年的电压合格率比2012年有所提高，这主要是因为从2013年10月份开始该局部分台区安装了无功补偿装置，能够根据电压的情况迅速的投入或者切除补偿电容，并取得了一定效果。

综上所述，随着无功补偿装置的投入该局的电压质量逐步在改善，但是由于无功补偿装置性能和覆盖率等问题，所以仍然均存在严重的电压质量问题，电压不合格率全年普遍偏高。

且由于该分区低压配网的台区数目众多，因此在对众多低压配网台区中进行分类并从各类台区中筛选出无功需求大，迫切需要进行无功治理的试点台区进行详细分析显得尤为必要。

2 典型台区无功特性分析

台区类型众多，特性各异，难以逐一进行分析。本文以郊区低压台区为对象，并选定三种类型的典型台区进行分析，包括农业灌溉、农村住宅和墟镇住宅。根据收资获得三类台区总计25个典型台区作为分析对象，基本信息如表1所示：

根据对现有的典型台区资料（三类总计25个典型台区）进行统计，包括2012-2013年抄表电量数据、线路长度等，数据显示所有台区均存在一个共同的特点就是负荷季节性较为明显，特别是农业灌溉类的台区峰谷差值较大，故选取一年之中6-11月份用电量相对较大的6个月的电量作为高峰月份用电量进行分析，各典型台区的统计结果如表2所示。

从表2中三类典型台区各项数据可以归纳出该分区供电局的低压台区的无功特性：

（1）农业灌溉台区：供电半径长，存在大量鱼塘、虾塘，电量峰谷差异明显，夏季无功需求较多；由于鱼塘、虾塘等养殖业含有大量的抽水泵、增氧泵等泵类负荷设备，夏季用电量会增加，出现明显的电压暂降和电压偏低的现象，一些泵类负荷设备的感应电动机因启动转矩过小而无法启动。

（2）农村住宅：负荷均呈现“串灯笼”接線方式，线径较小，空调的季节性使用明显，使的夏、冬两个季节会出现负荷高峰，台区的无功需求也会增加，因此整个台区的网损较大，台区末端的电压明显偏低；由于负荷呈现“串灯笼”接线方式，在采用变压器低压侧集中无功补偿时会出现首段电压明显的偏高，而末端电压偏低的现象。

（3）墟镇住宅：台区线路分支多，供电半径长，负荷比其他类型台区密集。其负荷为居民用电和商业用电相结合，密度高，用电量大于之前两类台区，线路末端无功需求量较大。

3 低压台区治理策略研究

假定对配网台区各个节点（除变压器一次侧和二次侧节点）的补偿容量都进行优化分析。一个辐射型配电网系统如图2所示，共有n个节点a条支路，其中节点n为平衡节点，其余的都是PQ节点，对节点1～b接入并联电容器。

模型的变量包括n-1个节点的相角？兹和所有n个节点的电压幅值V、b个并联补偿电容，共2（n-1）+b个。即：

通过对指定台区所有节点的电压、无功进行潮流计算，能够直观的看出哪些节点无功缺口较大，从而能够更加明确无功补偿的位置以及大小，从而实现节电降损目标的最大化，避免了以往盲目补偿造成的投资浪费。

4 算例分析

4.1 A2低压配网台区

通过无功优化来确定最佳补偿容量，无功优化模型中目标函数为网损最小，约束条件为节点电压和补偿容量，如表3和表4是A2无功补偿前后的電压和网损的比较情况。

由表3表明，由于节点6、7、8、9的负荷比较重，加上线路较长，电压降落相对较大，其电压偏移不符合额定电压±10%之内的要求。对配电网系统进行无功补偿优化以后，大大的降低了电压偏离程度，特别是负荷比较重的节点6、7、8、9，它们的电压幅值提升非常明显，比原来更接近额定电压，所有节点电压都在合格范围内。表4可以看出，网损有很大的改善，补偿前为40.6756kW，补偿后为24.688kW。

根据以上分析表明，通过对该配电网系统以网损为目标进行无功补偿优化以后，电压偏离程度降低，网损减少，无功补偿效果非常明显。

优化后各节点无功补偿容量如表5所示：

4.2 B3低压配网台区

以网损为目标的无功补偿优化计算结果如表6、表7所示：

由表6表明，由于线路较长，节点9～14位于线路末端，电压降落相对较大，其电压偏移不符合额定电压±10%之内的要求。对配电网系统进行无功补偿优化以后，大大的降低了电压偏离程度，这些节点的电压幅值提升都非常明显，比原来更接近额定电压。

由表7表明，对该配电网系统进行无功补偿优化以后，有效地降低了整个系统的网损，网损占总负荷的比例从补偿前的23.31%降低为补偿后的19.38%，降低了3.93%。

根据以上分析表明，通过对该配电网系统进行以网损为目标进行无功补偿优化以后，电压偏离程度降低，网损减少，无功补偿效果非常明显。

优化后各节点无功补偿容量如表8所示：

5 结论

本文通过某供电局低压台区的基本现状：

（1）分析了某供电局三类典型台区的进线路结构、无功和电压特性；

（2）针对典型台区提出了治理策略分析方法——对不同无功/电压特性的低压台区应采取不同的治理策略或措施，才能取得较好的成果；

（3）并在典型台区中选出两个台区进行算例分析。

【参考文献】

[1]张鹏，李程，亓农清.农村居民社区配电台区低电压治理探讨[J].科学中国人， 2016（24）.

[2]张永飞，田进芳，杨李周，等.低压配电台区无功补偿技术的探讨[J].电力需求侧管理，2011，13（6）：43-44.

[3]徐韬，陈杭.台区低压无功自动补偿对线损影响的研究[J].重庆电力高等专科学校学报，2007，12（2）：1-4.

[4]岑侃.低压无功补偿在配电台区中的应用[J].中国高新技术企业，2013（1）：47-48.

[5]黄晓彤，陈文炜，林舜江，等.低压配电网无功补偿分散配置优化方法[J].南方电网技术，2015，9（2）：44-49.

[责任编辑：朱丽娜]