（怀化学院电气与信息工程学院 怀化 418000）
摘要：本文以怀化某山区10kV配电网为例，通过对山区水电资源的合理开发利用，选择合适的补偿点进行补偿，可提高山区的供电电压以及电能质量。仿真结果表明，本文所采用的方法能够较好地实现电能质量的提升，对于改善山区配网电能质量具有一定的参考借鉴意义。
关键词：小水电；PSASP；电压质量；10kV配电网
引言
怀化市地处湖南省西部，境内为丘陵地区，使得偏远山区配网由于供电半径过长，电能在传输过程中网损较高，导致居民端的电压质量较低。针对此类问题，可采用并联电容无功补偿的方式提高电压水平，但此方式性价比较低，基于山区丰富的水电资源，本文提出了一种通过合理建设小水电站，解决用户端电能质量低下的问题。通过PSASP仿真软件，找出最佳方案。
1.问题提出与分析
实际案例中某10kV配网输电线路的总长度为96km，其中主干线分有1号线，2号线，3号线与4号线。以3号线为例，输电线路总长为30km，此输电半径已超出10kV电压等级的理想输电半径。此外，四条线路共有变压器73台，总额定容量为 。有2个小水电站（分别为1号和2号水电站），二者在1号线23号杆塔和66号杆塔处连接，为T形连接。选取某年6月19日到7月19日的运行进行分析，期间其供电总容量806260kWh，售电量为461821kWh，线损率为7.99%，其中3号线末端电压水平实际值为8.04kV。经计算，其实际末端电压水平过低，维持在额定电压水平的80%附近，超出了国家允许的电压偏移范围，故电能质量不达标。此输电线路适用辐射型网络，建立理想化的模型如图1所示。
图1 输电线路理想模型
根据辐射型网络的特点，输电线路的电压损耗使用电压降落的纵分量来表示，忽略其横分量。根据图1，其电压损耗为
上式中，
为线路额定电压。对应的线路总的电压损耗为
节点2处的电压为
若分别在节点1与节点2处接入小水电，此时节点的电压分别为
由上式知，接入小水电后节点1、2的电压均得到提升，其中， 、 为接入点处的有功与无功功率。随着接入点有功与无功率的增加，补偿节点处电压会相应提高。
2.区域配电网仿真模型的建立
根据实际的地理接线图，将其简化为便于进行仿真的辐射型网络的单线图，然后利用PSASP软件进行仿真。其中，10kV架空线路参数主要考虑单位长度的电阻、电抗以及电纳，忽略电导对电压损耗的影响。
根据实际运行数据，某水电站参数如下：有功功率P=1.48MW，无功功率Q=0.4Mvar，额定电压为10kV。架空线路参数设置为
3.仿真结果与分析
根据10kV配电网的四条主干线路搭建PSASP仿真网络。在10kV配电网中未建入小水电站时，原始的配电网络中的干线末端的电压水平较低，电能在输送过程中的电压降落已超出国家允许范围（-10%~7%）。在实际运行中1号变电站提供的有功功率为5.33MW，无功功率为1.86Mvar。损耗功率为0.58MW，由此可以计算出其对应的网损率为10.8%，网损主要由于长距离输电过程中无功功率的流动所引起的。根据6月19日至7月19日实际运行数据，其供电量为806260kWh，配变站的售出电能为461812kWh，实际对应的线损率为7.99%。
通过将线路加入分布式水电站，来实现电压提升，其定容仿真的详细方案见表1所示。
由仿真结果可知，在线路未加入分布式小水电补偿时，短距离的输电线路线损率基本达标，但对长距离输电线路输电距离较长其电压达标率为：3号线25%、2号线30%，线损率为10.8%。由仿真结果知，在输电线路中加入分布式小水电进行电压补偿，可使电压线损率明显降低，随着小水电容量在一定范围内的增加其电压达标率有所提高。在长、短距离输电线路中，随小水电容量由0%逐步提高到100%，从仿真结果可知，线损耗率从10.8%逐步降低到2.99%；但是随着小水电容量的持续增加至120%、150%其电压线损率反而会增加，因此，在实际方案选择中，应该选取合理的小水电容量，达到最佳电压提升效果。
通过分析可知，对于10kV的配电网输电线路中的短距离输电线路1号线、4号线，小水电容量补偿范围为20%~50%较合理，当小水电容量为50%时，为最佳补偿方案，此时线损率最低；对于长距离输电线路2号线、3号线，当小水电容量补偿范围为50%~100%时的线损率较为理想，且选取80%线路容量时线损率最小。当长短距离输电线路分别选取小水电容量为输电线路容量的80%、50%时，为最佳方案，其仿真结果如表3所示。
表3 最优小水电容量下10kV配电网运行情况
由表3可知，当选择最适小水电容量时，对应的10kV配网正常运行时的线损率为2.01%，此时的有功发电为4.83MW，为方案中补偿容量最小且最为节能的方案。
4.结论
本文基于PSASP软件结合怀化某山区实际运行的四条10kV配电网输电线路的实际运行情况进行分析，在未进行分布式小水电补偿前，其四条线路均存在一定程度的线损率过高的问题，通过加入小水电对不同长度（15km与20km）输电线路进行仿真分析，得出对于小于15km的输电线路，小水电容量在建设时以20%~50% 为合理范围（ 为该输电线路的总负荷），其中最佳容量为50% ；对于超过20km的长距离输电线路，所需要建设的小水电容量合理范围为50%~100% ，其中最佳的小水电容量为80% 。
参考文献：
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[2]林旭义，黄伟君. 含小水电的10 kV线路电压质量改善新途径 [J].浙江电力.2012，2：59-61
[3]中国电力科学研究院.电力系统分析综合程序（PSASP）用户手册[Z]北京：中国电力科学研究院，2015
作者简介：
1牛红军，硕士，助教；2贺达江，博士，教授。
本项目依托基金：怀化学院校级科研项目（4111|0194）怀化山区小水电合理开发与利用的研究。
论文作者:牛红军1,贺达江2
论文发表刊物:《河南电力》2018年11期
论文发表时间:2018/11/28
标签：电压论文; 线路论文; 小水论文; 怀化论文; 电能论文; 小水电论文; 线损论文; 《河南电力》2018年11期论文;