关键词：小水电；配电网；电压调节；策略
1配电网的特点
配电网是电力网中不可或缺的重要组成部分之一，主要承担着电能分配的任务。由发电厂生产出来的电能会传给配电网，通过配电网中的相关设施，可对这部分电能进行就地分配，或是按照电压等级进行逐级分配，供给各类电力用户。我国的配电网基本上采用的都是闭环设计，开环运行的模式，其结构呈辐射状。配电网具有如下特点：电压等级多、设备类型多、结构复杂、作业面广、安全环境较差等等。正因如此，使得配电网的故障发生率相对较高。大体上可将配电网的故障分为以下两种类型：一种是瞬时故障，另一种是永久故障，配电网在正常运行时，如果出现瞬时故障，那么线路中的自动重合闸装置会自行启动，完成对故障的处理。由于自动重合闸无法消除永久故障，所以当配电网出现永久故障时，需要根据故障情况，采取相应的措施进行解决处理，从而使配电网在最短的时间内恢复正常供电。
2有源配电网电压控制
有源配电网中，合理的DG配置可以一定程度上改善配电网潮流分布，提升配电网电压质量。而在DG配置容量过大、布点过多时，则有可能在DG集中出力期，因线路倒送功率过大而出现过电压问题，在DG出力间歇期，有可能因部分DG无法提供无功功率甚至消耗部分无功，进一步扩大配电网无功缺额，降低电压水平。因此，仅依靠DG的调节远远不能满足配电网合理运行电压水平的需求，为取得合理的电压水平，仍需要依赖多种电压调控设备，结合负荷水平和配电网网架结构进行配电网电压的协调控制。目前的研究中，对于有源配电网电压的控制方法可以分为两大类：（1）被动电压控制；（2）主动电压控制。
3被动电压控制
有源配电网被动电压控制对于硬件设施和通信条件要求不高，适应性较强。所谓被动控制，是指只有当电网运行发生问题或故障，或实际运行中测量某个参数达到预设的告警值的时候，才会触发动作来消除问题或告警的一种控制模式，如目前最常见的电容器按功率因数区间、电压区间控制，变电站内按照九区图进行VQC控制，都属于广义概念上的被动控制。
4主动电压控制
区别于被动电压控制，有源配电网的主动电压控制以运行数据为基础，依托先进的测控技术、通信技术和电力电子智能控制技术，在运行发生问题和故障之前，感知和判断配电网及负荷的实时状况，并主动地进行电压调控来满足运行安全性和稳定性的要求。按主动优化控制所立足的时间层面不同，可以把主动电压控制分为准实时主动控制和预前态主动控制。
5含小水电配电网仿真模型的搭建
5.1小水电模型的搭建
小水电模型是仿真系统建模的核心，主要包括电机、调速器、电压调节器及励磁系统4部分。在PSCAD环境下搭建的小水电模型如图1所示。励磁系统采用IEEEAC8B建模，系统包含一个带旋转镇流器的独立交流发电机，为发电机提供直流电源。电压调节器以发电机的实际电压Vt和参考电压Vref的差值作为输入值经过PID调节后为励磁机提供电流，以保证端电压的稳定。调速器为一个PI控制器模块，随着负荷功率的变化，以发动机的实际转速ω和设计转速ωref的差值作为输入来调节机械转矩的大小。
图1小水电发电机组PSCAD仿真模型
5.2配电网模型的搭建
为分析含小水电线路的电压特性在PSCAD/EMTDC环境下建立9节点的配电网等效模型如图2所示。其中线路采用Bergeron型模型，小水电以装机容量0．8MW接入8号节点。
图2含小水电的9节点配电网PSCAD模型
电网基本参数为:①线路型号为LGJ－70，节点之间的间距为3．5km;②各母线基准电压设置为10kV，平衡节点的母线电压标准值大小为1．05;③每个负荷节点的容量为150kVA。
6含小水电线路调压策略仿真分析
6.1丰水期小负荷调压策略
小水电运行在丰水期时，设定电网中负荷为配电变压器容量的1/10，功率因数0．9(滞后)，小水电满发运行上网功率因数为1。仿真得到丰水期线路各节点电压见图3。
图3丰水期小负荷各方案调压结果
由图3中可知，当小水电运行在丰水期且线路处于轻载状况时，只有节点1和2的电压在规定范围内，其余节点电压均越出电压上限。小水电的接入节点电压达到11．34kV，远远超出10．7kV电压上限。针对线路末端电压过高的问题，制定3种调压方案得到调压如表1所示。通过仿真计算得到各个方案下电压的变化情况如图3。
表1丰水期小负荷调压方案
仿真结果表明:
(1)当接入并联电抗器后线路中所有节点均恢复到正常范围内，基本消除了电压越限的情况。
(2)当线路型号改为LGJ－95后，一定程度上缓解了电压越上限的问题，但4节点后面的节点电压还处于偏高状态，不满足电压规定的范围;当线路型号变为LGJ－120后，电压降幅比较明显，线路中前四个节点的电压均在电压上限范围内，虽然后面节点仍处于越限状况，但所有节点的越限幅度也限制在0．3kV以内，因此更换横截面较大的线路对电压优化效果比较明显。但是，由于更换电缆的成本较高，施工难度较大，改变电缆线径的方法电缆很少应用在在实际的工程改造中。
(3)改变机组进相运行后，调压效果非常明显，线路上有一半节点电压已达到规定范围内，但线路后面的电压仍处于越限状态。结合实际的工程应用情况，并入电抗器的成本和效果较好。
6.2枯水期大负荷调压策略
枯水期大负荷时，小水电发电量很少甚至不发电，小水电的输出功率远小于当地负荷功率。设定电网满负荷运行，功率因数0．9(滞后)，小水电以满发的1/10功率接入配电网中，功率因数为0．9(滞后)。仿真得到枯水期各节点的电压如表2所示，节点5以后的节点电压都已经低于最低标准值9．3kV。针对末端电压越限的问题，如表2所示采用3种调压方法提高线路末端电压，得到仿真结果如图4所示。
表2枯水期大负荷调压方案
图4枯水期各方案调压结果
仿真结果表明:
(1)并联电容器调压后整条线路的电压恢复到规定值。
(2)变电站母线电压提高后，线路各节点的电压变化非常明显，节点1到节点6之间的电压均在标准值之内，节点7、8、9的电压值略微低于电压下限，但越线值均小于0．1kV，基本达到了调压的要求。显然，该方法只适用于线路较短的情况，对于线路较长的线路变电站母线调压的效果不理想，需要其他方式的配合。
(3)更换电缆后，线路各节点的电压均有不同程度的提高，电压值都在9．3kV以上，满足线路运行的最低电压要求。这是由于线径变大，线路阻抗变小，系统输出的功率前后相差不大，电压降落值减小，电压恢复到标准范围内。
7结语
在枯水期时，采用低压分组补偿和安装2组双向调压器的方法取得的调压效果最好。在丰水期时，通过调整变电站出线母线电压、提高小水电功率因数并安装2组双向自动调压器的调压方案可以有效地解决线路末端电压过高的问题。本文提出的调压方案具有可行性和适用性，对实际工程具有一定的参考意义，并为其他含小水电配电网电压调节和建设提供借鉴和参考。
参考文献:
[1]黄灿.小水电流域群配电线路重合闸装置应用研究[D].广东工业大学,2017.
[2]沈刘玉,余洪雷,吴琳,郑伟伟,刘宏波.含小水电配网电压分析及治理研究[J].通信电源技术,2016,33(04):40-41.
[3]孙正华.配电网设备利用率评价与提高方法的研究[D].西安理工大学,2016.
论文作者:陈芸
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/12
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