第３２卷第２期 ＶＯＩ．３２ ＮＯ．２ 湖 北 工 业 大 学 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１７年Ｏ４月 Ａｐｒ．２０１ ７ ［文章编号］１００３—４６８４【２０１７）０２—００７８—０３ 一种新型的农网低电压提升装置 李 潭 ，席自强 （１湖北省送变电工程公司，湖北武汉４３００６３；２湖北工业大学太阳能高效利用湖北省协同创新中心，湖北武汉４３００６８） ［摘 要］针对农村电网末端低电压问题，研制出一种新型的基于Ｉ Ｃ串联电路的物理特性的电压提升装置。根据 农村电网实际情况建立计算电压提升率的数学模型，仿真结果显示该装置能够较好的解决低电压问题。实验结果 验证了该装置的可行性。 ［关键词］农网；低电压提升；ＬＣ串联电路 ［中图分类号］ＴＭ７２６ ［文献标识码］Ａ 针对农网低电压问题¨１］，新型农网低电压提升 装置利用电容器电抗器串联支路并联到电网后，电 容器端电压在串联电抗器的抬升作用下高于系统电 压『＿２ 。用户负载并联电容器取电后，负载电压较提 升前的系统电压升高，因而达到提升用户电压的目 等效阻抗Ｒ。４－ｊＸＤ，等效图见图２。 Ｕ￡ Ｘｆ ｌ１ ● 一一ｌ Ｊ．．．一 ＲＤ Ｕ 的。目前农村电网普遍采用整体改造农网的方式， 增大配电线路的线径，延伸１Ｏ ｋＶ配电线路、新增 变压器等方式来提升电压『３］。这种改造方式效果比 较明显，可有效改善用电末端的电压质量 ］，这种改 图２Ｕ ＸＤ ｊ 装置带载等效不蒽图 图２中Ｒ。为等效后的阻抗，Ｘ。为等效后的 感抗。 造方式的问题是改造工程量大，周期长，费用高。采 用电压提升装置，在基建预算不足的情况下，投资 小，见效快，具有较高的性价比，可有效解决农网的 低电压问题ｌ＿５］，提高农网电压的合格率，减少９５５９８ 和１２３９８热线电话对农网低电压问题的投诉率。 由于等效的复合阻抗Ｒ。４－ｊＸ。由电容容抗 ｘｃ与负载复合阻抗Ｒ，＋ｊＸ，并联而成，其计算公 式如下： ＲＤ＋ｊＸＤ一（Ｒｆ＋ｊＸｓ）／（－－ｊＸｃ） （１） 经计算及化简后： Ｒ。＋ ｘ。一 干 ， Ｒ １ 电压提升装置原理分析 在带载情况下，装置的一次原理图见图１。图 中：Ｘ 为装置电抗器感抗，Ｘ 为装置电容器容抗， 一 ；十（等 Ｘ ｒ—ｃＸ ） … ㈤ ㈩ Ｒ，及ｘ，分别为负载的电阻及感抗。 其中 ｘ｝ Ｒ。一丽 ｘ。一 斟 ＲＸ， 电压提升装置 由式（２）、（４）可以得出，当装置投入电容容抗ｘ。小 于负载感抗Ｘ，，即投入电容容性无功大于负载感 性无功时，复合阻抗的Ｘ。始终小于０。 根据图２可得出，装置电压提升 一图１装置带载示意图 装置带负载运行后，将电容与负载阻抗合并为 ［收稿日期］２ｏ１５—０９—２１ ［第一作者］李√赢 ｕ ㈤ 潭（１９８８～），男，湖北京山人，湖北工业大学硕士研究生，研究方向为电气工程 第３２卷第２期 李 潭，等 一种新型的农网低电压提升装置 ７９ 由于通过控制投入电容的容量可以保持ｘ。始 终小于０，而感性无功Ｘ 是大于０的，则Ｘ ＞ 波感抗，由装置电抗器感抗与系统感抗组成；Ｉ 为 谐波负载电流。 谐波电流为 时，系统的谐波电流 器的谐波电流Ｊ 分别为： 一 （Ｘ。＋Ｘ，）。，所以己，。＞Ｕｓ。在装置正常使用过 程中，始终保持电容容抗Ｘ。小于负载感抗ｘ 。 通过改变投入电容容量，可以改变电压提升的 幅值，同时提升效果会受到负载的影响。当负载全 为感性无功时，电压提升的效果最小，此时Ｒ，为０， 和电容 Ｊ （９） 一 Ｉ （１Ｏ） ｘ，最大，则等效复合阻抗 Ｒ。＋ｊｘ。一一 （６） 当ｎＸ 等于ｘ ／ 时，谐波电流计算值趋于无穷，系 统发生并联谐振， 为发生谐振的谐波次数。 在此种情况下，由于Ｘ 是装置中的电抗器及 即此时Ｒ。为０； Ｘ。一一 Ｃ 系统感抗合成的，无法改变，但可以通过控制投入系 （７） 统的电容器组数，改变容抗参数ｘ 。为了防止系 统５次以上（ｎ＞５）的谐波造成的谐振问题，可以控 将式（７）带入（５）可得最小提升电压 【，ｃｍｎ一 专等 （８） 制参数Ｘ ／Ｘ 大于４％，则式（９）、（１０）的分母： ｎＸｓ—Ｘｃ／ｎ＞０ （１１） 通过式（８）可以计算出装置电感参数Ｘ ，使得装置 在负荷情况最严重时，电压提升的最小值能够满足 用户的要求。当负载较轻时，电压提升值大于该最 小值，更能够满足用户的要求。 式中： ＞５，Ｘ ／Ｘ。大于４ ，此种情况下，ｎＸ 恒 大于Ｘｃ／ ，即系统永不可能发生并联谐振，正常运 行时装置的Ｘ ／Ｘ 在１０ 以上。 ２．２ 串联谐振 ２ 防止装置与系统发生谐振的措施 ２．１ 并联谐振 根据图２，在特定情况下，装置的串联电容电抗 会发生串联谐振，谐波电流 在发生并联谐振的情况下，负载等效为谐波电 流源，则图１可等效为图３所示电路。 Ｉ 一—：：：＝： ＝＝一 （１２） ＋（ｎＸ￡一ｘＤ／ｎ） 当ｎＸ 与Ｘ。／ 相等时，系统发生串联谐振。若发 生谐振的谐波为５次谐波时（，２＝５），Ｘ ／Ｘ。一４％， ｆ ｆ Ｘ 当谐波次数为５次以上的谐波时，ｘ ／Ｘ。＜４％，而 装置运行时ｘ ／Ｘ。在６ 以上，且考虑到Ｒ。的限 流作用，因此装置串联谐振的情况不会发生。 ３低电压提升装置仿真实验 图３并联谐振示意图 通过ＰＳＩＭ（Ｐｏｗｅｒ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）仿真软件，建立 一图中：Ｘ ／ 为 次谐波容抗；ｎＸ 为７１＂次谐 个农网系统低电压问题的仿真模型，见图４。 ＿［工丁 图４农网低电压问题仿真模型 ８０ 湖 北 工 业 大 学 学 报 ２０１７年第２期 Ｖ 模型中，１０ ｋＶ线路的阻抗取０．２７１ Ｑ／ｋｍ，感 抗取０．３４３ Ｑ／ｋｍ，线路长度取３０ ｋｍ；变压器为理 想变压器，变比为１０／０．４ ｋＶ；无功补偿装置容量为 １００ ｋＶＡ；４００Ｖ线路阻抗取０．６１６ ｎ／ｋｍ，感抗取 ＺＺ０ 表１ 装置带载实验记录 ｌ６０ ６０ Ｚ１８ ５８ Ｏ．０８４ ｆｌ／ｋｍ，线路长１ ｋｍ；ＬＣ低电压提升装置容 ２２０ ２２０ １７０ １８Ｏ ５０ ４０ ２１９ ２２２ ４９ ４２ 量取１００ ｋＶＡ；负载功率为８０ ｋＶＡ，功率因 数为０．６。 该线路１０ ｋＶ侧电压为标准电压，但由于４００ ２２０ ２２０ １９Ｏ ２００ ３０ ２Ｏ ２２３ ２１９ ３３ １９ Ｖ线路较长，线路压降很大，末端用户相电压从标准 的２２０ Ｖ下降到了１７０ Ｖ。在０．４ Ｓ时刻无功补偿 ２２０ ２１Ｏ １０ ２２Ｏ １Ｏ 从表１实验结果可以看出，线路的压降经过ＬＣ 装置及ＬＣ低电压提升装置投入系统以后，末端用 户电压仿真结果见图５。 ８ ｔ｝ｓ 图５负载电压波形图 从仿真结果可以看出，在无功补偿装置及ＬＣ 低电压提升装置投入系统以后，系统相电压从１７０Ｖ 提升到２２０Ｖ，过程中有２０ ｍ８左右的过渡阶段，电 压会在２０ Ｖ左右波动。如使用晶闸管过零投切技 术，涌流造成的电压波动能控制在５ Ｖ以内。 ４低电压提升装置模拟实验平台 为了验证低电压提升装置的实际提升效果，搭 建一个４００Ｖ系统低电压提升装置的实验平台。实 验负载采用阻感性负载，线路上的压降采用调压器 来实现，低电压提升装置安装在调压器输出端。原 理接线图见图６。 系统电压Ａ、Ｂ、Ｃ 补偿后系 统相电压 图６实验装置一次系统图 经实际带载测试以后，其电压提升效果见表１。 低电压提升装置的补偿后，线路末端电压明显提升， 相电压从１６０ Ｖ经提升装置的补偿后达到２２０ Ｖ左 右，电压提升率为３６ 。 ５ 结论 分析农网实际情况，利用ＬＣ串联电路特性研 发了一种新型低电压提升装置，该装置比较适合目 前农网末端电压过低的现状，仿真与实验证明了该 装置可有效改善低电压问题，与目前的农网改造方 案相比，工程量小、周期短、费用低。 ［ 参 考 文 献 ］ ［１］李晓字，邵跃平．浅谈农村电网低电压治理［Ｊ］．电力需 求侧管理，２０１１（２）：４９—４９． Ｅｅｌ陈卫勇，戴堂云．２００７年湖北农网电压无功情况分析 ［Ｊ］．湖北电力，２００７（１）：４７—５４． ［３］马金明，杨成章．１０ ｋＶ配电网降损节能和改善电压质 量的途径［Ｊ］．农村电气化，２００４（６）：１３—１４． ｒ４］Ｄａｓ Ｄ，Ｎａｇｉ Ｈ Ｓ，Ｋｏｔｈａｒｉ Ｄ Ｐ．Ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｏｌ— ｖｉｎｇ ｒａｄｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ１，Ｊ］，ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃ—Ｇｅｎ． Ｔｒａｎｓ．Ｄｉｓｔ，１９９４，ｌ４１（１）：２９１－２９８． Ｉ－５］ Ｃｏｎｒａｄ Ｌ Ｅ，Ｂｏｌｌｅｎ Ｍ Ｈ Ｊ．Ｖｏｌｔａｇｅ ｓａｇ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｐｌａｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ Ｉｎｄｕｓ— ｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，１９９７，３３（６）：１４５９－１４６４． （下转第８７页） 第３２卷第２期 苏 骏，等 基于拉一压杆ＵＨＴＣＣ节点抗剪承载力分析 ８７ Ｅｇ］高丹盈，史科，赵顺波．基于软化拉压杆模型的钢筋钢 程学报，２Ｏ１４（９）：１０１－１０９ 纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法［Ｊ］．土木工 ＨＴＣＣ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｓｈｅａｒ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｕ Ｄｔｒｕｔ ａｎｄ Ｔｉｅ Ｍｏｄｅｌ Ｆｒａｍｅ Ｊｏｉｎｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＵ Ｊｕｎ，ＣＡＩ Ｊｕｎ （Ｓｃ 。。ｚ。ｆ Ｃｉ ｚ Ｅｎｇ ．，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｇ口 ｄ Ｅｎｖｉｒ。 ｅｎ ，Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ・，Ｗｕｈａｎ ４３００６８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＭＣＦＴ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｓｔｒｕｔ ｍｏｄｅｌ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒａｍｅ】ｏｍｔ 。ｉｎｓｕｔｔｉｃｉｅｎｔ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｔ ａｎｄ ｔｉｅ ｍｏｄｅｌ、ｖｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅｆｌｅｃｔｓ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｌｏａｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｅｓ— ｔａｂｌｉｓｈｅｓ ａ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｃａｐａｃｉｔｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｔｒｕｔ ａｎｄ ｔｉｅ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ＵＨＴＣＣ ｃｏｎｃｒｅｔｅ・Ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｉｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ．Ｉｔ ｔｈｅｎ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ＵＨＴＣＣ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｊ ｏｉｎｔｓ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｉｒｒｕｐ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ・ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｕｔ ａｎｄ ｔｉｅ ｍｏｄｅｌ；Ｕ ＨＴＣＣ；ｆｒａｍｅ ｊ ｏｉｎｔ；ｓｈｅａｒ ｃａｐａｃｉｔｙ ［责任编校：张岩芳］ （上接第８０页） Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｒｕｒａｌ Ｖｏｌｔａｇｅ ＬＩ Ｔａｎ．ＸＩ Ｚｉｑｉａｎｇ （１ Ｈ“６ Ｅｌｅｃ￡ｒ ｃ Ｐ０ Ｐ Ｔｒ口，ｚｓ ｓ５ｉｏｎ＆Ｓｕｂｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ．Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６８，Ｃｈｉｎａ； ２ Ｈ ６ Ｃｏｌｌ口６０ｒ口ｔｉ ｇ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ—ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ， Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖ．ｏｆ ｔｅｃｈ．，Ｗｕｈａｎ ４３００６８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｎｏｖｅｌ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｒｕｒａｌ ｖｏｌｔａｇｅ・ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈｙｓｉｃａ１ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＬＣ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｉｔ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ａ ｒｏｏｄｅ１ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ 。一 ｃｏｒｄｉｎｇ ｔ。ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｕｒａ１ ｐｏｗｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｍａｋｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｃａｎ ｉｍＰｒｏｖｅ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ．．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｎｆｉｒｍ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ・ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｕｒａｌ ｐｏｗｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｖｏｌｔａｇｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ；ＬＣ ｃｉｒｃｕｉｔ ［责任编校：张岩芳］
