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新型用电结构下农村配电网低电压无功调控方法电力工程研究

时间:2018-07-26 19:56来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇电力工程论文,如果把我国的经济发展比作是“身体”,那么,电力工程建设无疑就是支撑身体灵活运动的“筋骨”。
本文是一篇电力工程论文,如果把我国的经济发展比作是“身体”,那么,电力工程建设无疑就是支撑身体灵活运动的“筋骨”。电力工程建设的不断推进就像是为筋骨提供了无限的能量,充沛的能量供应是身体各项机能有效运作的有力保障。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电力工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 课题研究背景
随着近年国家减免农业税、家电下乡、降低农村到户电价等一系列惠农政策的实施,农村居民用电负荷得到快速发展,同时随着农村地区新型农工业发展扶持政策的出台,农村地区的用电结构也随之发生较大的转变。农村配电网处于电力系统的末端位置,这导致系统中的无功电源往往无法充分满足负荷急剧增长、用电结构快速转变下农村配电系统的无功就地平衡需求。此外,由于农村配电网电网结构相对薄弱,供电半径大,导线截面小,自然功率因数低,这也导致了配电线路压降增加、无功需求增加,使得用电高峰期间配电网运行在偏低的电压水平以及局部地区长期存在着低电压问题。由于台区低电压情况严重,给客户服务带来极大的压力,农村低电压问题显著,对客户用电满意度提升造成较大影响。考虑到新型用电结构下农村配电网的低电压现状,迫切需要加快对农村配电网无功补偿配置以及无功电压控制策略的升级改造,解决农村配电网因负荷发展所日趋严峻的低电压问题。在农村配电网的电网结构相对薄弱、自动化程度相对较低的前提下,我们一方面需要通过充分的实地调研掌握新型用电结构下的农村配电网的配、用电现状,另一方面,需要充分利用农村配电网络的现有无功补偿资源,合理进行新增无功补偿装置的选址定容,统筹网络内所有补偿设备有针对性的进行无功电压控制策略上的优化完善,通过现有设备与新增设备、现有策略与改进策略的协同配合提高农村配电网的调压能力,从而提高农村配电网的电压质量。使优化无功配置方案与电压调控策略在含有低电压现象或隐患的农村配电网中兼具通用性与针对性。成果的应用可加强农村配电网的规划水平,提高电压合格率,降低运行损耗。
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1.2 农村地区新型用电结构发展趋势
经过 1998 年至 2010 年两轮农村电网改造之后,国家电网公司、南方电网公司的农电两改一同价、农网改造升级及无电人口通电工程等工程得到落实,近几年来以县乡基层为代表的农村用电结构正在发生深度变化[1]。变化一:农村居民能耗结构加速进入“电气化”时代,负荷峰谷差不断增大,农村居民用电从“低电压”向“宽幅电压”转变。2008 年至 2011 年间在农村家电下乡政策的推广下,农村居民进入“电气消费化化”时代,农村电力能源消费比重持续上涨。2012 年后的 5 年期间,我国农村居民用电量大幅度增长,南方电网五省农村居民年户均用电量每年以 10%的比例持续上涨,尤其在2015 年同比增长率达到最高,其中广州、海南、贵州分别达到 23.81%、28.62%、20.53%,部分地区节假日最高用电负荷超过年平均负荷水平的 7 到 8 倍,持续的用电负荷增长对农村电网特别是 10kV 及以下配电网冲击较大。变化二:在“万众创新”、“大众创业”供给侧改革”的背景下,农村经济发展开始向“重点乡镇”和“美丽乡村”转变,农村用电结构从单一生活需求转向解决第三产业和创新产业需求。随着农村地区产业结构的调整,快速增长的负荷需求与滞后的农村配电网规划发展矛盾日益凸显。2012 年以来,第三产业用电量以年均 30%的增长速率持续发展,伴随着农村“新兴产业集群”发展模式的出台,局部大负荷点逐渐出现,农村个体企业发展迅速,导致新增负荷点远离供电中心,供电区域向外大幅度延伸,现有农网低压主干线电压质量标准偏低,难以满足用户需求。根据国家统计局数据,2014 年农业机械总动力年末拥有量较 2005 年增长 58%。中电联数据显示,“十二五”期间,农村第一产业电年均增长率达 0.9%,其中 2015 年同比增长率达 2.5%。部分农业大省第一产业用电需求持较快增长势头,随着国家惠农政策的进一步普及,“乡村工业”、“村镇旅游”和特色种养殖业也相应迅速发展。
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第二章 配电网电压损耗机理分析
 
随着农村地区用电需求的增长以及用电结构的转变,负荷侧急剧抬升的无功需求与地区无功供给的不平衡导致配电变压器两侧母线关口处的电压难以维持在良好的水平上,由此带来的农村地区用户的低电压问题日益突出。电力能源在系统的供配过程中,在有功功率一定的前提下,系统中的无功供给往往是电压质量良好的决定性支撑,基于新型农村用电结构下用户负荷特性的转变,为探究由配变负载率增长以及负荷自然功率因数宽幅转变引起的配电过程中的电压损耗机理,本章建立 10kV 压配电线路的典型模型,通过改变包括配变负载率、自然功率因数在内的无功关键影响量分析配电网不同运行方式下沿线电压损耗规律。通过建立均一参数的配电网模型,推导节点电压损耗的数学表达式,并根据农村配电网实际运行参数求取电压损耗对电压关键影响因素的“三段式”敏感度。对比典型模型的仿真结果与数学推导结论的拟合情况说明模型的稳定性,由此得出农村配电网电压损耗机理。
 
2.1 仿真模型设定
本文建立 10kV 配电线路典型模型如图 2-1 所示,主干线路设置 9 个分支点A~I,每分支点连接多台配电变压器供给用户侧用电需求,由主干节点所连分支线路、配电变压器以及其低压侧所带负荷称为一个负荷段,图中虚线示出一例。典型模型选取目前农村配电网常用的配变型号,每个负荷段装接配变容量之和均设为 1000kVA。设定典型模型中配电线路总长度为 27km,其中每段主干线路长1km,导线型号设定为 LGJ-150,每段分支线路长 0.4km,导线型号设定为 LGJ-70。设定典型模型上层平衡节点为无穷大系统,出线电压为 10.5kV。典型模型沿线负荷采用均匀分布方式,即各负荷段配电变压器总容量、负载率以及自然功率因数均等,各负荷段网架结构情况如表 2-1 所示。
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2.2 典型配电线路的“三段式”电压损耗分析
 
2.2.1 节点电压损耗分析
设定配变负载率 α 与负荷侧自然功率因数线性变化,且负载率变化区间为10%~70%,负荷侧自然功率因数变化区间为 0.75~0.95,对区间内两个限定参数进行交叉耦合,得到 35 种不同的负荷运行方式,在这些负荷运行方式下进行网络潮流计算。得到如表2-2所示的35种运行方式下的各主干分支点电压分布。当配变负荷侧自然功率因数在 0.90 之上时,只有负荷侧重载(负载率大于50%)时线路中后段才会出现电压越下限问题;当自然功率因数在 0.8 到 0.9 范围内时,线路中后段电压越下限情况严重切线路前段出现运行电压偏低问题;当自然功率因数设定低于 0.8 时,线路首端电压已接近下限。配变负载率低于 30%时,全线各节点电压均运行在电压下限之上;负载率在30%至 50%间,只有在自然功率因数较差的运行方式下,线路中后段出现电压越下限问题;当负载率超过 50%,该限定条件下全线所有运行方式均出现电压越下限情况,且随着沿线电压逐点降落,越靠近线路末端的配变母线节点电压越低。随着电能在配电线上的传输,线路上的电压损耗也在沿线各配变母线节点上逐点叠加,这使得靠近末端的母线节点即使是在轻载运行时也容易出现低电压问题,而农村电网往往就处于电力系统的末端,因此较之便更容易出现低电压问题。为了直观地看出不同负荷运行方式下节点电压沿线的降落规律,设配变高压侧母线电压 U=U(cosφ,α),下面从两方面绘制各情况下沿线节点电压的降落曲线。由于负荷运行方式较多,本节仅等间距地选取一系列有代表性的负荷运行方式进行绘制。
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第三章 农村中低压配电网无功补偿配置..........26
3.1 最优无功潮流分配原则 ....... 26
3.2 指标定义 ......... 28
3.3 负荷分布方式 ............ 30
3.4 杆上单点无功补偿配置研究 .......... 31
3.5 配变低压侧集中无功补偿配置研究 ......... 37
3.6 两种无功补偿方式的调压效果对比 ......... 46
3.7 本章小结 ......... 47
第四章 农村配电网分段区域无功电压协同调控方法............48
4.1 分段区域无功调控思路 ....... 48
4.2 区域无功补偿调控体系 ....... 49
4.3 分段区域无功电压调控方法 .......... 52
4.4 算例分析 ......... 54
4.5 本章小结 ......... 57
 
第四章 农村配电网分段区域无功电压协同调控方法
 
基于农村配电网无功潮流特性与无功功率分层分区就地补偿原则,并充分利用农村配电网现有无功电压调控资源,本章提出一种农村配电网分段区域无功电压协同调控方法,该方法通过确定 10kV 配电网中分段无功补偿装置的安装位置及投入容量,同时通过无功电压的分步调节完善网络中补偿装置投切策略,统筹区域内所有无功补偿设备进行协同低电压调控,尽可能满足在无功分层分区、就地平衡基础上的低电压改善效果。
 
4.1 分段区域无功调控思路
农村配电网存在拓扑结构复杂,配电自动化水平较低,运行方式多变等特点,基于农村配电网的网架特点与运行特点,对各个用电台区配变进行点对点的无功就地平衡与无功电压调节比较困难,且受经济条件、安装位置等因素制约,农村地区往往也无法满足在每一台低压配变(包括配电房配电变压器、箱式配电变压器、台架配电变压器)上安装低压集中补偿装置的需求。因此,对农村配电台区进行区域划分,以若干个划分的区域为待调控单元,充分考量各区域所覆盖的供电范围内的网架现状、负荷特性与无功现状,并结合各区域内的低电压现状进行针对性的无功补偿配置与无功电压控制则显得合理可行。在第二章中我们将一条 10kV 配电线路自首端到末端划分为三个区段,分析得出各区段内的配变负荷特性对干线电压损耗的敏感度成差异性的线性分布,进而造成了不同区段内无功电压调控需求的差异性。由此,通过将待优化调控的配电片区主干线路进行三段区域划分,并在每一段主干线路所敷设的配电变压器中进行区域无功电压调控,合理统筹该区域内现有的无功补偿资源,并在此基础上对无功备用容量不足的区域进行新增补偿装置的选址定容,通过区域内所有无功补偿装置的协同低电压调控使整个片区的低电压问题的以改善。此外,在之前章节中分析可知,对于由供电半径过长、导线截面较细且负载较重而引起的线路电压损耗较为严重、首末端电压差较大的线路,需考虑在线路无功负荷 2/3处进行杆上单点无功补偿配置。
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总结
 
本文针对目前新型用电结构下农村地区的低电压运行现状进行了论述,着重对农村中低压配电网的电压损耗机理、无功优化配置、无功电压调控方法进行研究。本文的主要研究成果如下:
(1)提出了均一参数的配电网模型,在此基础之上对农村 10kV 配电网电压损耗机理进行分析,得出电压损耗对主要网络变量的敏感度,确定了针对农村低电压现状进行无功优化规划与无功电压调控的边界条件与调节切入点。
(2)将配电线路分为五种典型的负荷分布运行方式进行无功优化的对比分析,对配电线路杆上单点无功补偿与配电变压器低压侧集中无功补偿进行优化配置计算。并将由负荷分布方式对线路无功补偿配置结果所产生的差异化影响进行归纳整理,由此寻求两种主要无功补偿手段对于农村中低压配电网的配置建议。
(3)提出一种农村配电网分段区域无功电压调控方法,该方法通过确定中低压配电网中无功补偿补偿装置的安装位置及投入容量,同时通过无功电压的分步调节完善网络中补偿装置投切策略,统筹区域内所有无功电源进行协同低电压调控,尽可能满足在无功分层分区、就地平衡基础上的低电压改善效果。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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