CN104638639A - 一种配网电压工程分析方法 - Google Patents

Abstract

一种配网电压工程分析方法，该方法通过各线径参数制作快速计算表，利用快速计算表根据实际负荷及装机情况实现对各段线路压降的快速计算；再通过变压器的变比参数对变压器调压能力进行计算；最后使用线变压降分析法，通过对比线路压降及变压器调压能力来分析变压器二次侧的电压情况。本分析方法是在线路压降公式的基础上，结合实际生产情况总结出来的一种分析方法，不仅可用于分析分布式电源引起的高电压问题，也能用于分析配网大负荷条件下的低电压问题。经过建模仿真的对比验证，该方法原理正确，方法可行，使用方便快速，在计算精度上完全满足工程需要，可以用于35kV及以下配网电压的快速分析。

Description

一种配网电压工程分析方法

技术领域

本发明涉及一种配网电压工程分析方法，属电力配网技术领域。

背景技术

随着新技术，新能源的使用，分布式发电与大电网的相结合被认为是能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式,是未来电力工业发展的主要方向。但分布式发电并不是一个全新的概念，从小水电、风电到现在的光伏发电都属于分布式发电，他们都存在输出功率不稳定，波动大的问题。比如小水电多为库容小或者无库容的径流式水电站，受河流流量及天气情况影响大,来水时满发，无水时少发或不发，输出功率的波动就造成了系统稳态电压的不稳定，给系统的电能质量带来了影响。对于风电和光伏发电，受风力和光照的影响，也会带来同样的问题。

分布式电源输出功率波动大，这就造成了输出功率达到峰值时，电压越上限。针对这一问题，目前已有许多相关的研究文献及资料，但是这些文献、资料中均采用的是仿真建模的方法，仿真建模耗时长，学习复杂，不利于推广，并且对实际的电压情况无一个定量的分析结论，只是说由于分布式电源装机容量大造成了电压的越上限，但是多大装机容量的分布式电源会产生电压越上限的问题，越上限的程度如何，这些问题均未得到解决。

发明内容

本发明的目的是，为了能快速有效的分析配网电压，本发明提供了一种配网电压的工程分析方法，该方法结合了线路压降的快速计算和线变压降法的使用，可以实现对配网电压的快速分析。

实现本发明的技术方案是，一种配网电压工程分析方法，所述方法通过各线径参数制作快速计算表，利用快速计算表根据实际负荷及装机情况实现对各段线路压降的快速计算，再通过变压器的变比参数对变压器调压能力进行计算；最后使用线变压降分析法，通过对比线路压降及变压器调压能力来分析变压器二次侧的电压情况。

所述方法中通过对比线路压降与变压器调压能力来分析二次电压情况：

线路末端变压器二次电压为：

$U_2=\frac{1}{K}{U}_1=\frac{1}{K}(U_0-\mathrm{\ΔU})---\left(1\right)$

其中：U₁为变压器一次侧电压；U₂为变压器二次侧电压；U₀为线路首端电压；△U为线路压降；K为变压器变比；

进行标幺值计算，取U_1j＝U₀，U_2j＝U₂，有

ΔU^*＝1-K^*    (2)

其中，U_1j为一次侧电压基准值；U_2j为二次侧电压基准值；K^*为变比标幺值；ΔU^*为线路压降标幺值；

当U₂取值为电压上下限值时，即可用式(2)对电压进行分析；

若使用有名值来进行计算；根据式(1)：

ΔU＝U₀-KU₂    (3)

左边为线路压降，右边为线路调压能力，通过对比线路压降和主变调压能力即可得出二次侧电压情况。

所述方法中快速计算表是根据各典型线径参数，得出线路上传输有功功率为1MW时每1km线路上的压降而获得的，利用快速计算表根据实际的情况对各段线路压降进行快速计算：

线路压降公式为：

$\mathrm{\ΔU}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{U}---\left(4\right)$

线路阻抗、传输功率及首端电压决定线路压降的大小，对线路压降公式进行简化；

其中R₀为每公里电阻值；X₀为每公里电抗值；U为首端电压；R为线路电阻；X为线路电抗；φ为功率因数角；

通过计算△U₀可将线路压降转换为简单的乘法来完成：

ΔU＝P×L×ΔU₀    (7)

计算无功补偿设备时：

ΔU＝Q×L×ΔU₀    (8)

${\mathrm{\ΔU}}_0=\frac{X_0}{U}---\left(9\right)$

式中：P为实际线路功率；Q为无功补偿设备容量；L为实际线路长度；ΔU₀为快速计算表中对应数值。

所述变压器调压能力的计算根据变压器的参数计算其保证二次侧电压在合格范围内时，在考虑首端电压情况下一次侧所要求的电压范围，该电压范围即为变压器的调压能力。

所述通过对比线变压降分析法来分析变压器二次侧的电压情况，对于低电压问题，与调压能力的下限进行对比；对于高电压问题，与调压能力的上限进行对比。

所述线路压降的计算不包括功率在变压器阻抗上产生的压降；如需对压降进行修正，可根据变压器参数计算其等值阻抗值，再按照线路压降的计算方法进行修正。

本发明的有益效果在于：本发明提出一种线路压降的快速计算方法，该方法简单，精度可靠，便于推广掌握，量化了不同型号变压器对电压调节作用的大小。本发明提出了一种快速分析配网电压的方法，该方法原理正确，方法可行，使用方便快速，在计算精度上完全满足工程需要，可以用于35kV及以下配网电压的快速分析。

附图说明

图1为本发明配网电压工程分析方法框图；

图2为配网示例；

图3为本发明在35kV线路的实施例；

其中，A为变电站A；B为变电站B；C为变电站C。

具体实施方式

本发明具体实施流程如图1所示。

以小水电集中区域的35kV线路为例，根据各线径典型参数及线路功率特性制作快速计算表。使用以下公式进行计算。

ΔU＝Q×L×ΔU₀；

丰水期小负荷方式下可取cosφ＝0.98，U＝38kV。按以上假设，计算可得该条件下的快速计算如表1所示：

表1： 线路快速计算表

线径	有功功率为1MW时每1km线路上的压降(kV)
		50	0.0173
70	0.0130
		95	0.0100
120	0.0084
		150	0.0071
185	0.0062
		240	0.0053

根据电网线路实际情况，计算线路首端至变压器一次侧的线路压降。如图3所示，各变电站变压器容量均为5000kVA，分布式电源装机容量分别为：变电站A为2285kW，变电站B为9140kW，变电站C为4885kW。

根据当地负荷及装机容量计算各段线路上的功率，典型可按装机容量的90％和主变容量的10％来计算，并考虑各段线路的累加：

线路3：4885×0.9-5000×0.1＝3896.5kW

线路2：9140×0.9-5000×0.1+3896.5＝11622.5kW

线路1：2285×0.9-5000×0.1+11622.5＝13179kW

根据各段线路线径，通过快速计算表计算线路上的压降：

线路3：3896.5×0.0173×12.6×10^-3＝0.8509kV

线路2：11622.5×0.0071×14.9×10^-3＝1.2309kV

线路1：13179×0.0084×16×10^-3＝1.7657kV

各段线路累加计算各变压器的总压降：

变电站A：1.7657kV

变电站B：1.7657+1.2309＝3.0776kV

变电站C：1.7657+1.2309+0.8509＝3.9515kV

本例中为功率倒送，压降实际为负，各变电站的电压高于首端电压。

对线路压降的修正，以40MVA的三绕组110kV主变为例，假设其高中绕组的短路电压百分比为10.5％，短路损耗为200kV，则其等值电路的电阻R为0.185，X为3.891，对于并联电抗器有修正表如表2所示。

35kV及以下变压器由于其阻抗值很小，一般情况下可不进行修正。

表2： 线路压降修正表

容量	110kV主变上的压降修正(kV)
		1MVar	0.1052
2MVar	0.2103
		3MVar	0.3155
4MVar	0.4206

根据变压器的参数对变压器的调压能力进行计算，按下式右侧进行计算，U₂取值为其上下限值：

ΔU＝U₀-KU₂

以变比为35kV变压器为例，根据国网要求，10kV母线的电压合格范围为10kV—10.7kV，为保证10kV电压在合格范围以内，根据不同型号变压器的变比特性，考虑首端电压可得变压器调压能力上限如表3所示。

表3： 变压器调压能力上限表

主变变比	首端为37.45kV时调压能力上限(kV)	首端为36kV时调压能力上限(kV)
			35±3×2.5％/10.5kV	0.89	2.34
35±4×2.5％/10.5kV	1.78	3.23
			35±2/4×2.5％/10.5kV	1.78	3.23
38.5±3×2.5％/10.5kV	4.72	6.17
			38.5±4×2.5％/10.5kV	5.7	7.15

应用线变压降法，将线路压降与变压器调压能力进行对比，对二次侧电压情况进行分析，对于低电压问题，主要是与调压能力的下限进行对比，对于高电压问题，主要是与调压能力的上限进行对比。以高电压问题为例，若线路上的压降已超过首端为36kV时调压能力上限，则需考虑改造措施；若线路压降低于首端为37.45kV时调压能力上限，则基本不存在电压问题；若线路压降在两个限值之间，则以加强首端110kV变电站35kV母线电压的控制为主，若110kV变电站35kV母线电压控制困难则需根据实际情况考虑改造措施。

Claims (6)

1.一种配网电压工程分析方法，其特征在于，所述方法通过各线径参数制作快速计算表，利用快速计算表根据实际负荷及装机情况实现对各段线路压降的快速计算，再通过变压器的变比参数对变压器调压能力进行计算；最后使用线变压降分析法，通过对比线路压降及变压器调压能力来分析变压器二次侧的电压情况。

2.根据权利要求1所述的一种配网电压工程分析方法，其特征在于，所述方法中通过对比线路压降与变压器调压能力来分析二次电压情况：

线路末端变压器二次电压为：

$U_2=\frac{1}{K}{U}_1=\frac{1}{K}(U_0-\mathrm{\ΔU})---\left(1\right)$

其中：U₁为变压器一次侧电压；U₂为变压器二次侧电压；U₀为线路首端电压；△U为线路压降；K为变压器变比；

进行标幺值计算，取U_1j＝U₀，U_2j＝U₂，有

ΔU^*＝1-K^*   (2)

其中，U_1j为一次侧电压基准值；U_2j为二次侧电压基准值；K^*为变比标幺值；ΔU^*为线路压降标幺值；

当U₂取值为电压上下限值时，即可用式(2)对电压进行分析；

若使用有名值来进行计算；根据式(1)：

ΔU＝U₀-KU₂   (3)

左边为线路压降，右边为线路调压能力，通过对比线路压降和主变调压能力即可得出二次侧电压情况。

3.根据权利要求1所述的一种配网电压工程分析方法，其特征在于，所述方法中快速计算表是根据各典型线径参数，得出线路上传输有功功率为1MW时每1km线路上的压降而获得的，利用快速计算表根据实际的情况对各段线路压降进行快速计算：

线路压降公式为：

$\mathrm{\ΔU}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{U}---\left(4\right)$

线路阻抗、传输功率及首端电压决定线路压降的大小，对线路压降公式进行简化；

其中R₀为每公里电阻值；X₀为每公里电抗值；U为首端电压；R为线路电阻；X为线路电抗；φ为功率因数角；

通过计算△U₀可将线路压降转换为简单的乘法来完成：

ΔU＝P×L×ΔU₀   (7)

计算无功补偿设备时：

ΔU＝Q×L×ΔU₀   (8)

$\mathrm{\Δ}{U}_0=\frac{X_0}{U}---\left(9\right)$

式中：P为实际线路功率；Q为无功补偿设备容量；L为实际线路长度；ΔU₀为快速计算表中对应数值。

4.根据权利要求1所述的一种配网电压工程分析方法，其特征在于，所述变压器调压能力的计算根据变压器的参数计算其保证二次侧电压在合格范围内时，在考虑首端电压情况下一次侧所要求的电压范围，该电压范围即为变压器的调压能力。

5.根据权利要求1所述的一种配网电压工程分析方法，其特征在于，所述通过对比线变压降分析法来分析变压器二次侧的电压情况，对于低电压问题，与调压能力的下限进行对比；对于高电压问题，与调压能力的上限进行对比。

6.根据权利要求3所述的一种配网电压工程分析方法，其特征在于，所述线路压降的计算不包括功率在变压器阻抗上产生的压降；如需对压降进行修正，可根据变压器参数计算其等值阻抗值，再按照线路压降的计算方法进行修正。