郝宗磊
青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司 山东青岛 266100
摘要：随着我国城乡经济的发展，用电负荷急剧增加，在农村配电网和部分城市配电网的末端，常常存在因供电半径长、无功功率配置不足、三相不平衡、用电季节性高峰等原因而导致供电电压低的问题。
关键词：补偿有功；低电压治理
低压线路过长会导致电能质量下降，出现配电线路末端电压偏低、配电线路损耗增加、线路功率因数低、末端无功功率欠补严重、固定式电容补偿效果差等问题。
基于此，本文探索在低压线路末端靠近负载处用不同的治理方法调压的效果；研究无功补偿与有功补偿对于电压抬升的差别；再结合自动调压器，验证是否可以提高低压线路调压器的升压幅度，以满足更低的低电压场景能够用调压器实现调压目标，并验证楼顶分布式光伏对于低压线路有功补偿、降低损耗、抬升线路末端电压的作用。
1台区无功补偿和有功补偿的作用分析和应用方案
台区无功补偿可以在提高功率因数的同时降低变压器和低压线路的损耗。将低压无功补偿装置安装在低压线路中后段，与低压线路自动调压器组合，可以改善线路电能质量。
台区有功补偿时，线路负荷对电源的有功功率需求基本恒定。线路末端接入新电源后，末端对电源功率需求减小、线路电流减小、电压损失减小、等效电压降减小，等同于线路电压抬升。低压台区分支多线路复杂、负载变化频繁、有功功率补偿容量不大时，通过理论只能粗略估算线路接入有功补偿后接入点的电压抬升，需要以实测结果予以说明。
2低压线路无功补偿和有功补偿抬升电压实验
2.1 电容补偿升压后调压器升压总幅度的计算和验证
在此，以一处低压线路末端为例，进行电容补偿升压+调压器升压的实例分析计算和验证。
2.1.1 电容器单独对线路末端电压的提升量的计算
电容器单独对线路末端电压的提升量的计算步骤如下：
(1)35 mm2铝芯绝缘导线的电阻为0.94 Ω/km，即r0=0.94 Ω/km；
(2)架空敷设线路电感的感抗取0.3 Ω/km，即x0=0.3 Ω/km；
(3)由于是单相线路，火线和零线均有电压差且两者相等，即线路上的电压差是单相相线上电压差的2倍；
(4)线路长度为1.5 km，即线路电阻r=r0l=0.94×1.5=1.41 Ω，线路感抗x=x0l=0.3×1.5=0.45 Ω；
(5)线路末端加5 kvar电容器后，开始计算末端电压提升量。设线路末端电压为U2，首端电压为U1，则相量关系如图1所示。由图1可得：
(U2-Ic·x)2+(Ic·r)2=U12
式中：Ic为电容器电流，Ic=Qc/U2≈Qc/U1，Qc=5 000 var，r=1.41 ，x=0.45 ，设U1=220 V，则可求得U2=228.1 V；
.png)
图1电容补偿相量关系图
(6)于是，3 kvar电容器对线路末端电压的提升量为：
ΔU=2(U2-U1)=2×(228.1-220)=16.2 V
2.1.2 调压器单独对线路末端电压的提升量的计算
低压线路末端电压为152 V，也就是调压器输入电压为152 V，调压器在正常调压的最大幅度为30%，调压器输出端电压为152+152×30%=198.6 V，即可以调压到合格电压范围。
2.1.3 电容补偿升压+调压器升压总幅度计算
由前面计算可知，调压器可以单独将输入的152 V电压提升到198.6 V；电容器单独对线路末端电压的提升量为16.2 V，可得152-16.2=135.8 V，表明通过电容补偿与调压器的共同作用，电压从135.8 V升压到198.6 V，即安装点调压器输出电压合格。
2.1.4 现场实验结果
现场实验测得：电容补偿与调压器共同作用下，安装点输出电压从135 V升压到198 V，符合理论计算。由此得出，电容补偿提高了功率因数，使线路线损减小。
2.2 补偿有功实例分析计算和验证
这里以楼顶分布式光伏发电为例进行试验，从而验证有功补偿的数据正确性。在西安某小区楼顶安装上分布式光伏电池板组串，并通过组串式逆变器将光伏电并入网，以实现对电网的有功补偿，组串式电网示意图如图2所示。
.png)
图2组串式电网示意图
接下来测量光伏逆变器发电与停止发电前后用户电表箱的电压变化，并分别在重负荷和轻负荷时进行监测。实验得到2020年8月21日18：20楼顶并网的分布式光伏发电停止发电前后用户配电箱的电压，具体数据为：光伏工作时，空载为229 V，带载(1 850 W烧水壶)为224 V，光伏关机后，带载为219 V，关掉负载电压变为225 V；并网逆变器处一整天光伏空载电压大概范围为225～234 V。实验数据呈现两种情况：第一种情况，带载有光伏与无光伏电压差为(224-219) V=5 V，空载有光伏与无光伏电压差为(229-225) V=4 V；第二种情况，有光伏带载与空载电压差为(224-229) V=-5 V，无光伏带载与空载电压差为(219-225) V=-6 V。前者(5-4) V=1 V，后者(6-5) V=1 V。
以上实验表明光伏发电的有功补偿对电网电压起到了提升作用，但因光伏功率最大只有10 kW，所以抬升电压幅度有限。如果低电压线路上有楼顶分布式光伏群接入，便可以得到很好的调压效果。
3台区线路末端组合治理装置解决方案
在以上实验的基础上，本文提出一种台区线路末端组合治理装置解决方案。该方案使用电容补偿无功，并自动调节三相负载平衡，同时利用调压器调压自动融合的方式进行组合治理，自动调节提升末端电压，降低线损，提高功率因数，提高变压器的承载能力，改善台区电能质量。组合治理装置降低线损同时，通过自动调节三相负载平衡及无功补偿，消除零序电流线损和三相线路附加损耗，当自动调节三相负载趋于平衡后，能大幅度降低线损、减少能耗、提高电网经济运行效益的效果。图3为装置原理示意图。
.png)
图3无功补偿调压器一体化装置原理示意图
4结 语
本文针对低压电压在电网实际运行中出现的问题，采用有功补偿或无功补偿+调压组合的两种方式，进行试验验证。结果表明，运用无功功率补偿和有功功率补偿的两种实施方案，提了高功率因数，减小了三相不平衡，同时降低了变压器和低压线路的损耗，可以很大程度地减少电量损耗，从而达到提高电压的效果，同时损耗达到最低。由于无功补偿进行的线路压降计算与实际差距比较大，存在多重影响因素，低压线路分支多，接头多，线损增加等因素，各种因素给试验验证带来较大影响，其升压幅度主要是调压器在起作用。对于楼顶分布式太阳能，因功率小，有功功率抬升电压有限。但楼顶分布式光伏在形成群体效应时，抬升电压就会比较明显。对于远离村中心的家庭，电压低的情况较多，但其居住的楼顶是笔宝贵的资源，安装分布式光伏发电，可为其带来经济收入的同时，提高供电质量，减少电费负担，意义特别重大。
参考文献
[1]姚普粮，龙光成，林朝光，等.一种无涌流、无电弧换档的配电线路自动调压器[J].装备制造技术，2017，45(2)：165-167.
[2]吴理博，赵争鸣，刘建政，等.具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统[J].电工技术学报，2006，21(1)：28-32.
[3]肖德富.分布式光伏发电在治理农村低电压中的应用[J].科技创新与应用，2017，7(26)：159-160.