农村电网电能质量问题综述

    

    刘军成 西安博宇电气有限公司

    1 传统的农村电网电能质量问题

    什么是农村电网？未见定义！目前所谓的农村电网大概应该是DL/T 5729-2016《配电网规划设计技术导则》中所述的C、D类区域吧？

    按照传统的思路，提到农网就会想到负荷密度较低，或者主要负荷为日常生活及农业生产用电（灌溉等）、工业负荷用电占比小或者主要为原材料粗加工类负荷等等。因此供电可靠性包括综合电压合格率要求都相对较低，这样要求其经济及政治影响也不大，一般谈不到电能质量这个问题。在此阶段，供电可靠率是问题的主要方面。

    随着农村乡镇生活水平的提高，特别是2008年家电下乡补贴政策的实施，极大地促进了农村家用电器的普及；与此同时，乡镇企业也迅猛发展。在此阶段，供电可靠率已经是问题的基本要求，综合电压合格率乃至其他电能质量问题也浮出水面，由此导致的问题也更加普遍，例如季节性空调无法启动、低电压影响灌溉电动机正常运行、三相不平衡度恶化导致区域性网损增大等等。这个阶段农村电网的基本特点主要表现在：

    （1）缺少足够的本地电源；

    （2）变电站布局不合理；

    （3）负荷分配不合理；

    （4）供电距离较长；

    （5）变压器容量偏小；

    （6）线路线径太小；

    （7）无功补偿不足；

    （8）缺乏基本的调控手段。

    其实这些问题一直就存在，只不过工业化及电气化的进程使得这些问题必然地凸现出来，到了非解决不可的地步。

    面对传统的农网现状，2015年国家电网公司、南方电网公司均积极开展了低电压治理活动；2017年，国家电网公司也发布了关于开展配电台区三相负荷不平衡问题治理工作的通知。应该说，这些措施均抓住了农网供用电的薄弱环节，好准了农网电能质量问题的脉搏，极大提高了农网运行的总体性能，提高了供电可靠率及基本电能质量水平。

    总之，从影响人民群众日常生活及乡镇企业安全可靠运行角度，传统的农网电能质量问题主要表现在：

    （1）短时停电；

    （2）低电压；

    （3）三相不平衡度。

    2 农村电网电能质量新问题

    可以说，城乡一体化是一个大进程，也是一个快速发展的进程，因而在说农村电网的时候农村电网其实已经紧密地与城市电网结合在一起，乡镇企业也已经与城市工矿企业融为一体，甚至很多发达地区的乡镇企业比其他落后区域的城市工业水平还要高。

    同样，与城市配电网一样，目前大量的分布式光伏电源也陆续接入农村千家万户电网，使得原来的“无源”农网（或者被动农网）变化为 “有源”农网（或者主动农网）。分布式光伏的接入有众多优点，在此不再赘述，但是分布式光伏若不进行规划而无序的接入，将会带来更加严重的电能质量问题。这点是需要特别关注的。

    传统的农村电网尽管经过了这几年的低电压治理有了很大的改善，但是低电压治理还是从点的角度着手，农村电网的总体性能提高仍需要从系统性规划的角度进行深层次研究，才能满足城镇化进程以及分布式发电消纳的大需求。

    目前，农村电网负荷结构表现为如下特征：

    （1）家庭负荷与城市家庭负荷基本类似；

    （2）农业生产负荷仍具有明显的季节性特点；

    （3）乡镇企业蓬勃发展，精细负荷或者传统加工业负荷的信息化控制水平比例大幅提高；

    （4）互联网的普及极大地促进了城乡产业的相互协作，城乡负荷进一步融为一体。

    目前的农村供电电网仍存在如下问题：

    （1）缺少系统性通盘分析；

    （2）基础架构仍较薄弱，包括供电半径及供电线径；

    （3）变电站布局仍不合理；

    （4）仍缺少大电源点支撑；

    （5）大量分布式光伏无序接入；

    （6）部分地区季节性负荷导致变压器容量时变性过载或轻载；

    （7）负荷布局特别是相间布局仍不合理

    （8）自动化水平偏低，系统运行调控手段不足。

    目前农村电网电能质量问题具有如下特征：

    （1）低电压、高电压并举，高电压危害更大；

    （2）三相不平衡度问题比较普遍；

    （3）谐波问题逐渐浮上水面；

    （4）其他电能质量问题例如电压波动闪变、电压暂降暂升及短时中断时有提及。

    概括而言，农村供用电电能质量问题的主要关注点仍是电压偏差（低电压、高电压）和三相不平衡度问题。除过其他已知原因之外，分布式光伏的无序接入加剧了这一现象的严重性。

    3 分布式光伏发电接入与电能质量关系简析

    （1）分布式光伏接入对电压调整的影响

    如图380V辐射性农网线路（设节点1为无穷大电网），进行如下工况的计算：

    无光伏、各节点依次接入同容量光伏各工况下节点电压分布如图2所示；

    节点6接入1MW、3MW、6MW分布式光伏后各节点电压分布如图3所示。

    图1 380V辐射型农网线路示意

    图2 分布式光伏接入对节点电压影响示意

    图3 DG容量对电压偏差的影响

    分析图2、图3可见：

    ①分布式光伏接入具有电压调整的作用；但是分布式电源接入使得传统的电压调控手段要发挥其既定作用变得比较困难，需要更加完善的自动化信息配合；

    ②分布式光伏出力的时间限定特征使得光伏出力与光伏不出力两种情况下维持节点电压在一个可控范围内更加困难；

    ③无规划、无特定应对策略的分布式光伏无序接入将使得低电压与高电压现象并存；

    ④同容量的分布式光伏接入越趋于末端对电压的调控作用越大；

    ⑤当然，无序的分布式光伏接入对供电基础设施包括线径、变压器容量等等的承受能力均提出了挑战。

    （2）分布式光伏接入对三相不平衡度的影响

    （3）加剧弱农电系统电力电子化趋势

    大量分布式光伏接入农网系统（弱系统），将导致区域性供用电系统的电力电子化，引起与此相关的系列问题，值得进一步研究。

    （4）电力电子模块并网的分布式光伏也是电能质量敏感型电气设备，其安全可靠运行也需要良好的电能质量环境支撑。

    4 进一步提高农村电网电能质量水平的基本思路

    电能质量是衡量供用电系统性能的综合技术指标，提高电能质量总体水平需要系统性把握，要坚持系统性规划、实施、反馈、改进的基本思路。实践上应考虑如下几点：

    （1）通盘规划

    要依据DL/T5729-2016《配电网规划设计技术导则》，结合现有系统进行近期、中期、远期规划，从基础设施等方面系统性解决问题；同时短期措施要服务于整体规划目标的实现，例如低电压、三相不平衡度治理等等；

    （2）要加强新生事物的研究，并加以总结，且监督落实应用到实践中

    例如大量分布式光伏接入问题，要从不同角度研究其效果，并进行总结，这样实践上就可以预先给于规划调整，将大量的负面影响从规划阶段排除或弱化，例如从容量选择、接入点选择、不同相平衡等等角度进行考虑。

    （3）加强信息化、自动化建设，提高调控能力

    不仅侧重于二次系统，更重要的在于一次、二次的结合与应用。例如如何在分布式光伏大量接入的情况下强化电压调整手段与效果等等。

    （4）配备必要的电能质量技术监督手段

    电能质量技术监督离不开电能质量在线监测；但是，在每一个监测点建设一个所谓符合A级要求的电磁兼容实验室也是浪费。要根据农网具体特点，研究适合农网电能质量技术监督的电能质量监测方法、数据简约策略及其评价方法，建设低成本、低数据量的农网电能质量在线监测系统。

    （5）基于监测数据，研究行之有效的其他控制手段。

    作者简介：

    刘军成（1966-），男，教授级高工，从事于电能质量监测控制技术的研究，目前就职于西安博宇电气有限公司，任技术总监。