（电气工程专业论文）农村电网技术改造原则与综合分析研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ec o u n t r yf o rr e d u c e st h ec i t ya n de o u n l r y s i d ed i s p a r i t y ，a tp a r t y s 1 6s e s s i o n so ff i v ec c pp l e n a r yc o n f e r e n c e sp r o p o s e dt h ec o n s t r u c t i o n ”t h ep r o d u c t i o n d e v e l o p m e n t , t h el i f ei sa m p l e ，t h el o c a lc u s t o mc i v i l i z a t i o n , t h ev i l l a g ea c c o m m o d a t e s , t h em a n a g e m e n td e m o c r a c yn e a t l y ”t h es o c i a l i s mn e wc o u n t r y s i d eg o a l ，c o m p r e h e n s i v e l y h a sm a n i f e s t e dt h er e q u e s tw h i c hu n d e rt h en e ws i t u a t i o nt h er u r a le c o n o m y , p o l i t i e s , t h e c u l t u r ea n dt h es o c i e t yd e v e l o p s t h i si st h er e a l i z a t i o no ff i v e ，i st h er u r a lo r e a st o a c h i e v ec o o r d i n a t e d , c o m p r e h e n s i v ed e v e l o p m e n tp r o c e s s t h eq u a l i t yo fr u r a lp o w e r 鲥d so p e r a t i n gr e q u i r e m e n t s ，r e l i a b i l i t ya n de c o n o m ys h o u l db eg r e a t l yi n c r e a s e d i n p a r t i c u l a r , t h ec p cc e n t r a l c o m m i t t e er e c e n t l y p r o p o s e dt h e “b u i l d i n g o fa c o n s e r v a t i o n - m i n d e ds o c i e t y “t oc o d s e r v el e * s o u r c e $ t or a i s et h eu t i l i z a t i o nt a l co f l l e s o u r c e $ ，r e a s o n a b l ec o n s t r u c t i o no ft h er u r a lp o w e rg r i d sh a sb e t y , o m ep a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t i no r d e rt os o l v et h ee x i s t i n gp r o b l e m so fr u r a lp o w e r 扣d s , 1 9 9 8 ，i nt h ec o u n t r y ， l a u n c h e dal a r g e s c a l er u r a lp o w e r 鲥dc o n s t r u c t i o na n dr e n o v a t i o np r o j e c to l e r e i n a t t e r r e f e r r e dt or u r a ln e t w o r ki m p r o v e m e n tl r o j e e t ) t h es i t u a t i o nw i l lc e r t a i n l yi m p r o v et h e r u r a lp o w e rg r i a s , s u c ha s ：l o s su a n s f o r m e r s 1 0 w - v o l t a g el i n el o s sh a v eb e e nr e d u c e d , a n ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v e dt h eq u a l i t yo fs u p p l y p o w e rn e t w o r kr a t i o n a l , t h er u r a l e l e e l r i e i t yp r i c ei sr e c l u e e d ；i np a r t i c u l a r , t h ei m p r o v e dp o w e rm a n a g e m e n ts y s t e m c o m p l e t e l y i ta l s oe x p o s e ds o m ep r o b l e m s ，n o t a b l yi nt h ed e s i g na n dp l a n n i n gi sn o t r e a s o n a b l e ：o n l yp a i d a t t e n t i o nt ot h en u m b e ro ft r a n s f o r m a t i o n , o v e r l o o kt h e t r a n s f o r m a t i o no f t h er e s u l t s ；b i d d i n gi sn o ts t a n d a r d i z e a , a n dt h ei n t e r n a lp o w e r s u p p l y p r o d u c t si n d u s l r ya n dh u m a nf a c t o r s ，t h eh i g hp r i c e ；t o om u c he m p h a s i so nt h es o c i a l b e n e f i t s ，o v e r l o o k e de c o n o m i cb e n e f i t s c o n s i d e r i n gt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kh a v i n gb e e ni m p r o v e d 砒p r e s e n t , t h i sa r t i c l e w o r k si ns e v e r a la s p e c t sf o ri m p r o v i n go fr u r a lp o w e rn e t w o r k ：( 1 ) t h eu n i o ns t u d i e st h e k n o w l e d g e o b t a i l 岱s u i t st h er e l a t e dr a t i o n a l ew h i c hi m p r o v e sf o r t h er u r a lp o w e rn e t w o r k ； a n a l r z i n gt h eq u e s t i o mw h i c ht h ep r e s e n ts t a g er u r a lp o w e rn e t w o r ke x i s t s ，f r o mt h e f r o n tu n i o nr a t i o n a l et h ec o r r e s p o n d i n gs o l u t i o nm c a s u l 既勰p r o p o s e d i nv i e w o fa t y p i c a lr u r a lp o w e rn e t w o r k , u s i n gt h es o l u t i o nm e a s u r e sc a r r i e di nt h ef r o n t , t h r o u g h c o m p a r i n gt h ep o w e re f f i c i e n c y , r e l i a b i l i t ya n dq u a l i t y , t h ef e a s i b i l i t yo ft h ei l l e a s u l 髓 w h i c hi sp r o p o s e di nt h ef r o n ti sp r o v e d ； t h eq u e s t i o n so fs o m en e wt e c h n o l o g i e s 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a p p l i e di nt h er u r a lp o w e r n e t w o r ka r ea n a l y z e d t h r o u g ht h e s ew o r k s ，w ew a n tt h a tt h ep r e s e n ts t a g er u r a lp o w e rn e t w o r ki nt h e p o w e rs u p p l ye f f i c i e n c y , t h er e l i a b i l i t ya n dt h eq u a l i l ya l lh a v ei m p r o v e d i tc a l ls a t i s f y t h ec e n t r a lp a r t yc o m m i t t e et h er e q u e s ta b o u t u s i n gd e c t r i c i t yi nc o u n t r y s i d ea n de n a b l e s t h ec o u n t r y s i d ee c o n o m yt oo b t a i nt h eh e a l t ha n df a s td e v e l o p r a e n t k e yw o r d s ：r u r a lp o w e rn e t w o r k , c o m p e n s a t i o n , n e wt e c h n o l o g y m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谓十意。 学位论文作者签名：皤专酶签字目期：2 0 。7 年6 月5 - 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废盍堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庞盍堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 、，) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：芦门爵事锚 签字日期：2 0 0 7 年6 月5 日 b ， 导师签名： i 签字目期：、，研石月右日 ? 乍 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 研究背景 在我国，为县级区域内的县城、村镇、农垦区及林牧区用户供电的1 1 0k v 及以 下配电网称为农村电网，简称农网。 长期以来，由于受农电管理体制、投资体制以及农村电网处于大电网末端等因 素的影响，农村电网在建设发展上、技术装备上及供电能力等方面都相对城市电网 有较大的差距，整体水平比较落后。 1 9 9 8 年，我国的经济运行面临着较为复杂的国际国内环境：一是亚洲金融危机； 二是市场需求明显不足，通货紧缩，经济增长乏力；三是长期以来盲目重复建设带 来的结构不合理状况明显。这些都对实现经济增长目标提出了严峻的挑战。面对这 一严峻局面，党中央、国务院采取了一系列扩大内需、拉动经济增长的重大政策措 施。农村电网建设与改造工程就是在这种背景下由国家计委部署的全国规模的大型 工程，是我国扩大内需，拉动经济增长的重要政策措旎之一。我国是农业大国，9 0 的国土属农村，7 0 的人口是农民。随着我国经济的快速发展和党的农村经济政策的 进一步落实，农民生活水平不断提高，农村用电量增长很快，到2 0 0 1 年底，县及县 以下的用电量已占全国用电最的4 2 2 9 6 。但是由于多年来国家电力投资注重电源和骨 干电网的建设，对农村电网的建设重视不够，特别是4 0 0 伏以下低压电网主要由农民 自己集资建设。致使农村电网非常薄弱，技术落后，设备老化，用电半径过长，供 电能力不足，安全性差，电能损耗高，电压质量差，电价过高，农民负担重，抑制 了农村消费，影响了农民生活，制约了乡镇企业的发展。 针对上述问题，国务院决定用三年左右的时间，建设与改造全国农村电网，以 消除制约农村经济发展的瓶颈这对于消除贫困、提高农民的物质生活和精神生活质 量，对于农村地区的文化教育普及和繁荣农村经济都具有深远的意义，政府的这一 举措深得民心，深受广大农民群众的欢迎。 1 9 9 8 年8 月1 0 日，国家计委正式下达全国第一批农网建设与改造项目。至l j 2 0 0 1 年末，一期农网建设与改造项目共计投资人民币近1 9 0 0 亿元。国家计委与国家电力 公司对农网改造项目的投资管理、工程管理、工程质量、工程验收等制定了一系列 的具体政策，下达了一系列的文件，各级电力公司认真组织落实，广大农电职工连 续奋战，经过三年多的建设和改造，农村电网发展规模、装备水平、管理基础和服 务能力都上了一个很大的台阶。至 j 2 0 0 1 年底有9 0 以上的县完成农村电网建设与改造 工作，实现农村用电“四到户”，有6 0 以上的县实现竣工验收，有部分省完成了全省 验收。 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 近几年国家为缩小城乡差距，提出了“新农村建设”方针，特别是最近党中央 又提出了。建设节约型社会”，对农村电网的有效整改变得尤为重要。因此，自1 9 9 8 年以来，在全国开展了大规模的农村电网建设与改造工程( 以下简称农网改造工程) 。 该工程的主要目标是：解决农村电网网架不合理、供电可靠性低、电能质量差和农 村电价高等难题。争取早日建成一个网络比较可靠、布局比较合理、装备比较先进、 管理比较科学、通信比较完善和自动化程度较高的农村电网，真正达到安全、优质、 高效、低耗的要求。使广大农民不但能够用上电，而且还要用上优质电。因此，农 网改造问题是现阶段提高农民生活质量工作中急切需要解决的关键问题之一“农 网改造”工程已经取得了很大的效果：变损、低压线损有所降低，供电质量明显提 高，供电网络趋于合理，农村居民用电价格有较大降低；尤其是供电管理体制彻底 得到了改善。成绩是肯定的，但也暴露出一些问题：设计规划不够合理，只重视改 造数量，忽略了改造效果；材料招标不规范，供电行业内部企业产品近水楼台先得 月，价格偏高；注重社会效益，忽略经济效益。 针对上述问题，如何使用有限的改造资金达到最好的改造效果，如何制定不同 供配电网的具体的改造模式和方案? 这是目前配网改造，尤其是农网改造的一大问 题。本文将从设备的选择、对农网的性能分析及通过技术和管理方面对农网改造工 作进行优化来达到党中央关于“新农村建设”中对能源的需求。希望本文所作的工 作能够对农网的优化配置的实际工程起到积极意义。 1 。2 农网建设现状 我国农村幅员辽阔，农村电力网络建设复杂，且规划不合理，供电质量不符合 要求。近几年通过农网改造，推动了地域经济的发展。完善了地方电网的网络结构， 提高了供电质量，降低了农网到户电价，农民得到了实惠；地方供电企业的效益也 明显提高。下面分别从偏远地区、经济较发达地区和经济发达地区等几个方面说明 了现有的农村电网的情况。 首先看一下偏远地区的农村用电现状偏远农户是指与某一村庄集居点有一定路 程的散住户，由于农户的住宅基地所在地理位置、周边环境使一户或几户村民居住 点与村庄之间隔有一定的距离，有的离村庄( 负荷中心) 几百米远，有的甚至上公里 远，因此，他们居住的地方在前期农网改造中没有进行有效的电网改造。未进行农网 改造的偏远农户，他们仍然用着自己从电源点( 负荷中心或变压器低压侧) 私自架设 的电线到住处用电。导线架设因陋就简，大部分是用裸露的铁线作为导线，铁线线径 小、锈蚀严重；支撑电线的是小木杆、小竹竿或树木，架空电线对地高度不到2 m ；导 线都是沿山路人行道架设，行人伸手即可触及电线，随时有触电的危险；供电线路长， 供电可靠性低，刮风下雨经常停电；电能表是农民以前自行购买的老式电能表，属于 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 国家明令淘汰及不合格的产品；电压损耗、电能损耗特别大，农户用的白炽灯如同点 的煤油灯，日光灯无法起动，电视机成了摆设品，其它家用电器更谈不上使用。另外， 农民用电安全意识差，对电的认识不足，农民的人身及财产安全难于保障。如：四川 的安县在改造前网架不合理、供电半径超长、迂回供电多、高能耗设备多，平均线 损耗1 5 8 0 ，低压综合线损3 0 2 0 ，用户端电压1 5 0 v - 1 7 0 v ；又如：四川的双流县改 造前线路多为单电源，可靠性差，设备陈旧老化，电能质量及安全供电得不到保证。 农村3 8 0 2 2 0 v 低压配电网布局不合理，破损严重，线损3 2 9 6 ，末端电压仅有1 5 0 v 。经 过改造后最大程度地减少迂回供电，缩小供电半径，线损下降到1 5 左右，末端电压 上升到国家规定标准。 在经济较发达地区，由于资金存在缺口，农网改造不够彻底。各地均有这种现 象。某些地区因为原来的电网长久投资不足，基础相当薄弱，改造不彻底的现象更 是明显。如安徽省由于资金不足其改造面只占应改造面的三分之一。全省基本没有 安排排灌用电线路的改造，其实农业生产用电对于生产力不发达的地区而言，其重 要程度远远高于生活用电。陕西也是如此，农村1 0 k v 及以下行政村改造面只能达到 6 0 ，3 5 k v 及以上电网的改造面只涉及了1 0 。实际上，农民更关心的是排灌季节每 亩地4 0 - 5 0 度的用电量是否能保证。有些地方利用废旧物资改了一部分排灌线路，受 到老百姓的欢迎。改造不彻底直接影响到线损率的降低和网改效益的充分体现。另 外，同样是由于资金不足，改造刺激了用电需求却不能为农村发展留出足够的空间。 有些经过改造的村镇，新上几个项目会立刻出现电力短缺。有些地区网改使电力企 业负担加重。项目初期政策不明确。工程安排时间短，任务重，资金不足且到位不 及时。项目实施中，有些地方政府没有大力配合，加大了企业施工难度。项目完工 后，大量农村电力资产归属电力公司，使电力公司的维修与折旧成本增加，管理与 维护这些资产的人员增多也增加了电力公司的管理费用，增加工作量，同时由于用 电安全引发的法律问题也给公司带来了更多的社会责任。然而这些地区经在经过改 造后，在技术方面还是得到了很大的提高，如陕西临潼在改造前变电站布点不尽合 理，基本处于行政区边沿地区，主网架存在许多问题。农村低压线路普遍问题是线 号小，杆子低，部分还是木杆，安全性很差。改造先从电源末端做起，4 0 0 v 线路以 线路改造为主：1 0 k v 配网重点解决“卡脖子”、迂回及影响安全运行的线路。又如： 辽宁开原在改造前高压综合线损为1 0 5 ，配变损为6 8 4 ，1 0 k v 配电线损2 7 8 ，低 压损失率2 8 ，全部综合台区低压网损2 8 ，电压合格率8 4 ，供电可靠性9 5 6 经过 改造后高压综合线损下降到8 5 ，配变损耗下降n 5 0 9 6 ，1 0 k v 配电线损由下降到 2 7 3 ，低压损失率降至1 1 8 9 6 ，全部综合台区低压网损降至2 0 ，电压合格率提高到 1 0 0 ，供电可靠性提高到9 9 8 9 6 针对中部地区，如：河北饶阳在改造前电网设备健康 水平低，“卡脖子”现象严重。高压线损率为8 0 1 ；低压线损率平均水平高达2 7 8 2 ： 3 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 电压质量为9 5 4 。经过改造合理的调整了电网结构，老化设备得到更新和改造，设 备完好率达到1 0 0 9 6 ：高压线损耗降到7 5 9 ，低压线损降到1 8 9 8 ，电压质量提高到 9 6 2 5 。虽然现在农村电网经过改造后电压质量线损均得到了较大的改善，但为了 适应经济发展的需要，加强对农村配电网的建设变得越来越迫切。 对于经济发达地区，其农村附加工业负荷较大，人均电量1 0 0 0 k w h 年人：负荷 密度l o o k w k m 2 ；人均产值1 6 万年人。对电力质量和水平的要求更加高，在前几 年的改造中取得了不俗的成就。由于农网建设与改造投资基本是靠县以下政府和农 民集资，对电网的投资是非常有限的，远远不能适应农村经济的发展需要，农网还 存在一些问题，经过前几年改造的努力，农网的结构得到了较好的改善，如：江苏 江都在改造前高低压布局不合理，设备健康状况差。经常出现漏电保护器跳闸、停 电事故，造成供电可靠性差：全市变线损高达2 0 ，有的行政村甚至高达3 0 以上。 电压质量差，有的村2 2 0 v 照明电压仅能达至u 1 4 5 v ，l o k v 及以下中低压电网供电半径 长达1 5 k m ，迂回供电长达1 2 0 k m 以上。经过改造后高低压电网布局趋于合理，缩短了 供电半径，减少了迂回供电，增粗了线径，改善了设备健康水平，从而显著的降低 了损耗，使全县低压线损降为n 8 9 6 。电网供电可靠性和电压质量明显提高，2 0 0 0 年供电可靠率达到9 5 9 9 6 ，电压合格率达至f j 9 3 7 。再有江苏宜兴在改造前电网结构 薄弱，电源可靠性差；供电线路老化，供电可靠率9 5 ；低压供电半径长达2 k i n ，线损 高达2 5 以上：农村用电高峰时，电压严重超下限，电压合格率不至u s 0 ，l o k v 配网迂 回供电多，高耗能配变多；经过改造增加了电源点，增强了电网供电能力，供电半 径趋于合理，设备与线路健康水平显著提高。低压整改后，低压线损率降至1 2 以下， 供电可靠率提高到9 0 9 6 以上，电压合格率达8 5 以上。 综合上述例子在网改后经济发达地区的农村电力网的改善主要体现在以下几个 方面： ( 1 ) 3 5 k v - 1 1 0 k v 变电站布局基本合理，网架结构得到加强，区域或县级配电网已 经形成规模； 电网传输、电压调整能力加强； l o k y 配电网损耗明显下降： 农村低压电网健康水平全面提高，低压线损大幅度降低，基本实现一户一表 和抄表到户； 对电网运行的自动化水平和监控能力明显提高。 但是还有很多方面不能够满足要求，例如：在农村电网中经济负载率在0 6 5 0 7 0 之间较为合理，而在北京、冀北地区1 3 县区中，变电站的变压器负载率超出6 0 的仅占总变电站的2 6 ，负载率普遍较低，其中通州、沽源的主变负载率最低的只有 1 1 ，这表明变电所设备的运行效益普遍偏低，操作灵活性还有待加强。另外，丰润、 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 霸州、固安、张北的主变负载率最高的已达到9 0 9 6 以上。这些地区仍然存在“卡脖子” 现象。在发达地区，如江、浙和一些乡镇企业发达的地区，由于个人私营经济发展 迅速，网改极大的促进了农民兴办企业、扩大企业规模的积极性，用电量迅速上升， 出现了几户农民要求安装一台专用变压器的要求，使用电量的增长速度超过了网改 前对电网改造的规划水平，造成电网刚改造完成，电就又不够用了的局面。严重威 胁到改后电网的性能。下一步的改造资金尚未落实，用电需求不断增长，农村电网 又出现了“卡脖子”现象。这种现象一方面暴露了农网规划的不足，但也说明了农 村电网的建设与改造是一个长期的事情，不可能一次改造就万事大吉。 1 3 研究的目的及主要内容 通过前面的介绍可以看出虽然国家实施了“农网改造工程”，但随着农村经济 的发展，使得改造的前瞻性不足，落后于农村经济建设，改造效果没有达到期望值。 因此，本文的研究的目的在于提供一些适合于农村电网通用的改造措施，加快农村 电网的改造步伐，切实保证广大农村用户的用电质量带动农村经济的发展，以此来 适应党中央关于建设“社会主义新农村”的目标。 为此，针对上面的研究目的本文将开展了如下的研究工作：首先，系统地介绍 了适合于农村电网改造的各种理论基础及相关的分析，为后文的改造方案的提出及 实例论证提供理论依据；其次，详细地分析了现阶段我国农村电网中存在的各种问 题，并针对农村电网的一些特点，详细阐述了各种改造方案，并列举出一个典型的 实例，通过相关计算分析证明上述方案的可行性；最后，探讨了现阶段随着农村经 济的发展，各项新技术在农村电网改造中的应用。 5 重庆大学硕士学位论文2 农网改造的理论基础与分析 2 农网改造的理论基础与分析 对农村电网进行改建需要两个前提：一是基本的电力系统潮流计算和各类优化 方法，二是实际的配电网数据参数。因此，本文在查阅大量文献资料之后，制定了 具体的计算方案如下： 2 1 数学模型的建立 根据研究需要，调查研究了一个具体的农网的线路情况、运行情况和负荷情况， 在此基础上建立了相应的数学模型。数学模型的建立，是进行定量分析和计算的基 础。 2 1 1 线路的数学模型 本文所选系统中线路目前所使用的导线型号、参数和各个节点间的长度，以及 线路改造所要用的导线型号、相关参数和价格如下。 计算用的线路型号和参数以及价格见表2 1 ： 表2 1 线路型号、参数及价格 t a b l e2 1l i n em o d e lp a r a m e t e r sa n dp r i c e 堪号 参蠢 l g 3 2 5 l g j - 3 5l g j 5 0l g j - 7 0l g j 9 5l g j - 1 2 0 r1 3 80 8 50 6 5 0 4 60 r 3 3o t 2 7 x 0 3 9 50 3 8 50 3 7 50 3 6 40 3 5 30 3 4 9 价格2 4 7 5 3 2 3 44 5 3 76 6 6 68 1 1 8 说明：( i ) r 、x 为线路的电阻和电抗，单位；q 蛔； ( 2 ) 价格单位：元k l n ； ( 3 ) 三相导线的间距为1 4 米。 对于农村电网线路，由于线路短、电压低，线路导纳影响很小，可以忽略不计。 由此建立的数学模型如图2 1 ： 6 霎鏖奎堂堡主兰壁丝壅 ! 查塑堕垄塑型堡茎型皇坌堑 u l ! 图2 1 线路的数学模型 f i g2 1 t h em a t h e m a t i c a lm o d e lf o rl i n e s 其中：u 1 和u 2 为线路的端电压，k v ： i 为线路流过的电流，a ，= 鲁，s 为线路流过的功率，k v a ； 吖j u r 和x 为该段线路的电阻和电抗，q 。 2 1 2 变压器的数学模型 双绕组变压器的数学模型如图2 2 ： 一 参数计算公式为： 图2 - 2 变压器的数学模型 f i 9 2 2m a t h e m a t i c a lm o d e lf o r t r a n s f o r m e r 见：巡 。1 0 0 0 s 品 丘：坠鉴! 鳗 1 l o o s j v q 2 志 。 1 0 0 0 u ： 盛：墨墅! 曼 1 l o o v ； 蝇= 志 q = 姓1 0 0 7 ( b ) ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) 重庆大学硕士学位论文 2 农网改造的理论基础与分析 其中： s 。，变压器三相额定容量，i i i v a ( ，。之蔓压器额定线电压，k v ； 只变压器的三相短路损耗( 阻抗损耗) ，k w ； 以变压器短路电压百分值； 只变压器三相开路损耗( 空载损耗) ，k w ； l o 变压器空载电流百分值； g r 、j 0 变压器高低压绕组的总电阻和总电抗，q ； g 、髓变压器的励磁电导和励磁电纳，s ； 只、q 变压器励磁支路功率( 空载损耗) ，m w ，m v a r ： 由于实际中变压器电源侧电压与额定电压变化不大，所以在计算中为了简化 计算，把变压器的导纳表示为空载损耗，如等值电路图2 2 ( b ) 。 2 1 3 数学模型的简化 配电网络的节点数目和元件数目众多，运行方式变化较大，数据的处理十分复 杂。在一次计算中做到面面俱到不仅不可能而且也没有必要，更会使计算过程过分 复杂以至无法计算出可靠的结果。所以在计算的过程中采用了以下的简化方法： l 、适当的使用集中负荷代替均匀分布负荷，其位置居于分布线段的中点：这种 简化特别适用于长线路末端均匀分布负荷的处理。基本处理方法见图2 3 ，其中 p = 础； 图2 3 均匀分布负荷简化图 f 逸2 3u n i f o r m l yd i s t r i b u t e dl o a ds i m p l i f i c a t i o n 2 、负荷的功率因数和负载率在参考全网平均功率因数、平均负载率和负荷性质 的基础上略加修正； 3 、变压器的空载损耗在计算过程中认为恒定； 4 、农网中对连接单个变压器的分支线路如果小于5 0 m ，就不计算该电路的电 压降落和功率损耗： 2 2 潮流计算的理论基础 潮流计算是本论文研究的关键。通过潮流计算得到的线路的基本运行数据，是 进行线路改造的基础和依据，下面将说明用语潮流计算的基本理论。 8 j 墅薹兰登堡主堂垡丝奎 ! 壅堕整堕堕望堕茎壁皇坌堑 2 2 1 三相功率 三相功率表示为： s = , 3 u l c o s 尹+ j q r 3 u l s i n # s = p + j q 其中：s 为三相功率，k v a ；p 为三相有功功率，k w ： u 为线电压，k v = i 为线电流，a ；为功率因数角。 2 2 2 线路功率损耗 线路上损耗的有功为： a p ：掣卫 ( 2 7 ) ( 2 8 ) q 为三相无功功率，k v a r ； ( 2 9 ) 线路上损耗的无功为： a q = 下p 2 + q 2 x ( 2 1 0 ) 其中：p 为线路中流过的有功功率，k w ；9 为线路中流过的无功功率，k v a r ： u 为线路的端电压，k v ；r 为每相线路的电阻，o ；x 为每相线路的电抗，q ：a p 为线路上损耗的有功功率，w ；q 为线路上损耗的无功功率，v a r 。 2 2 3 变压器功率损耗 变压器的损耗分为空载损耗和负载损耗两部分，其中空载损耗与变压器的运行 电压和容量有关；负载损耗与负荷大小有关嘲。 农村电网中主要为双绕组变压器其功率损耗为： 嵋= 纰+ 譬辱 ( 2 1 1 ) 绋= 嚣+ 可p 2 + 广q 2x 墨 ( 2 1 2 ) 其中：空载损耗a 弓和q 由于变压器高压侧电压和额定电压变化不大而认为 是定值。 负载损耗计算式： 峨；丁p 2 + e fx 墨 ( 2 1 3 ) 如= 掣墨 ( 2 1 4 ) 2 2 4 电压损耗计算 在配电网潮流计算中，一般只考虑电压纵分量损耗，即线路始末两端电压的数 值差( u u 2 ) ，在实际计算中，因为都是电感性电路，所以采用的电压损耗计算 公式为： 9 重庆大学硕士学位论文2 农网改造的理论基础与分析 a u ：p r + q x u u = + a u 其中：尸和q 为线路流过的有功功率和无功功率k w ，k v a r ； 胄和x 为该段电路的电阻和电抗，o ； u 为端电压，可以是始端或者是末端的电压，k v 。 变压器的电压损耗公式和含义与线路的相同： a u ：p i 弓+ q x r u 其中耳、蜀为变压器的高低压绕组的总电阻和漏电抗，o 。 ( 2 1 5 ) ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) 2 3 潮流计算结果的处理 通过潮流计算软件p s s e 进行计算后就可以由计算结果分析此时配电网的运行 情况。根据本项目要求主要有电压合格率和线损率。 2 3 1 电压合格率 由已知的配电网线路走向图经过适当的分析简化得到计算用的数学模型，根据 国家标准，针对农村配电网的具体情况，对电压的分析只讨论l o k v 和2 2 0 v 两种。 根据国家标准电压合格范围分别为：l o k v 侧：0 9 3 k v - l o 7 k v ， 一7 7 ，2 2 0 v 侧：1 9 8 v - 2 3 5 v ， 一1 0 7 ，如果超出这个范围就称为电压越限，所以采用的电压 合格率计算公式为： 电压合格率；( 1 一皇与耋l 群ai = 1 ) l o o ( 2 1 8 ) 思牖，烈 2 3 2 线损率 配电网的电能损耗是指一定时间内网络各个元件上的功率损耗对时间积分值的 总和。在实际中由于配电网的负荷运行随性很大，网络节点数目众多，表计不全， 其运行数据的获得和结构参数的整理都很困难，所以准确的计算配电网的线损十分 困难。 在本项目中的计算中，根据内容要求，在获得基本运行数据的基础上建立了基 本符合实际运行情况的数学模型，并且通过潮流计算得到了主变压器出口处的总有 功功率( 昱) 和负荷的实际功率( 毋) 由此可以计算出配电网某运行状态下的功率 损耗。通过对数个不同状态下的功率损耗对相应时间的积分之和，就可以得到比较 符合实际状况的电能损耗。为了在简化的基础上同时满足一定的精度，在计算中采 用了把全天时间分为两段，一段是正常运行状态，一段是轻载运行状态，分别计算 功率损耗，分别对时间乘积再求和的方法来计算总的电能损耗。计算公式为： 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 农网改造的理论基础与分析 线损率( 功率损耗) = 兰量；三1 0 0 ( 2 1 9 ) 乞 损失电量= ( 己一屹) 霉 ( 2 2 0 ) 节省的电量= 损失电量卜损失电量2( 2 2 1 ) 其中：损失电量1 指改造前的损失电量，损失电量2 指改造后的损失电量。 在本计算中，第一式用于比较分析各种改造方式的优劣；第二式和第三式用于 计算改造后的收益，实际中该配网进网电价为0 4 0 元k w h 。 2 3 3 线路的自然运行状况 在潮流计算完成后，首先可以知道线路的自然运行状态。分析线路的自然运行 状态，一方面可以真正的认清线路的实际运行情况，为后面的改造确立重点；另一 方面是为了可以与以后的改造方式效果比较，分析各个方案的优劣。在农网的改造 之前，首先给出各自的自然运行状况，包括轻载、正常运行状态，重载三种情况的 计算数据和结果脚： 1 、网络概述：线路、变压器、负荷的基本情况，有关实际运行数据； 2 、 网络的节点电压状况，电压越限情况，理论电压合格率； 3 、功率情况：包括理论线损率，变压器和线路的有功无功损耗比较； 4 、指出改造的重点。 2 4 有关调压的计算 在农村电网中，用得较多的是双绕组降压变压器，在含有分接头的调压变压器 中，将最大( 最小) 负荷时潮流计算得到的变压器高压侧电压，减去变压器绕组中 的电压损失，得到最大( 最小) 负荷时低压侧母线电压归算到高压侧的值，此值与 变压器低压侧母线电压要求值之比，便是所要求的变压器变比。于是最大( 最小) 负荷时变压器高压侧分接开关处的电压值，即分接头电压： 坼i 。= ( u 。一c 。) 笋丝 ( 2 2 2 ) u 2 坼l m = ( 【曲- a u , 血) 吾阻 ( 2 2 3 ) u 2 m h 式中： 坼。一、坼。曲最大、最小负荷时，变压器高压绕组分接头电压，单位为k v ； u 。、u 硇- 最大、最小负荷时，变压器高压母线电压，单位为k v ； 一、u 血最大、最小负荷时，变压器损失归算到高压侧值，单位为k v ； 坼：。变压器低压侧绕组的额定电压，单位为k v ； 呸。、血- = 最大、最小负荷时，变压器低压侧母线电压要求值，单位为k v 。 重庆大学硕士学位论文2 农网改造的理论基础与分析 若选用有载调压变压器，应根据u t 。一和u 。分别选择最大、最小负荷时分接 开关的合理位置。若选用无励磁调压变压器，其分接头开关应根据畴。一和坼。的 算术平均值坼，进行选择，即：坼。= 妄( 坼，一+ u r ，一) 初选分接开关位置应作低 二 压侧母线在最大和最小负荷时电压变动范围的校验。若校验结果不满足要求，且又 选不到一个合适的固定分接位置时，则选用有载调压变压器，此时应算出各种运行 方式下分接头位置。 2 5 有关农村电网规划的经济可行性分析 随着农民生活水平的不断提高及农业生产的现代化步伐的加快，农村居民对电 力的依赖程度也越来越高。为广大农民提供安全、可靠、优质的电能是供电部门义 不容辞的责任，要作到这一点必须要有合理的配电网络。然而传统的对农村电网规 划己经不能满足农村经济飞速发展的需要。最近几年，在农村用户对电力需求量大 的季节，如：在2 0 0 6 年8 月重庆正处于高温干旱也是秋收时节，却出现了对农村的 大面积电力供应不足，进行了拉闸限电，严重影响了农业生产和生活。出现这种局 面的原因，一方面是由于电源不足导致电力供应跟不上( 这将在后面的分布式电源 的应用当中进行解决) ；另一方面是由于农村电网结构的不合理，使得不能合理分 配电能，导致用户的电力需求不能满足。 市场经济是以市场调配资源，最大限度地利用资源，从而获得最大的经济效益。 在当今电力市场逐步形成和发展的形式下，对农村电网的规划不应脱离电力市场这 个大环境。对农村电网的发展要坚持以“用户需求为导向，以经济效益为中心”， 电源通过农村配电网与农村用户相连，电网要真正满足农村用户的需求，农村用户 对电力的需求的增长及质量的提高决定了农村电网的发展和布局。因此，对农村电 网规划要从广大农村用户出发，提供安全可靠经济的电网。在电力市场环境下，追 求最大利益是企业发展的宗旨，对农村电网同样如此。如何以最小的投入获得最大 的利益是对农村电网规划所应该考虑的主要问题。因此，对农村电网规划的目的就 是要针对农村电网的地域分布广，负荷不集中等特点，以最小的成本获得最大的企 业效益和社会效益，达到成本与效益的最佳比例。 2 5 1 数学模型分析 为解决农村配电网的合理规划问题。首先根据可靠性和经济性指标的不同处理 方法，对农村电网扩展规划的数学模型分为确定性模型和可靠性模型两种。 确定性模型 确定性模型的目标函数只考虑经济性指标，以确定可靠性指标1 原则( 即在 系统一台设备如：变压器、线路故障停运时，其他设备仍能继续工作) 为约束条件 重庆大学硕士学位论文 2 农网改造的理论基础与分析 之一。常见的方法是首先建立满足正常运行情况的农村电网的架线方式，然后进行 断线分析，通过消除断线以后出现的过负荷现象，对网络扩展方案进行修改，直到 满足给定的约束条件为止。根据目标函数的经济性指标的不同，确定性模型可分为 运输模型和最小费用模型。 运输模型认为所有线路送到负荷点的负荷矩的总和最小时的接线方式是最短 的。模型的目标函数以线路功率这样的连续变量为控制变量，这使得该模型的计算 避免了其他模型由于非连续变量带来的困难。模型的约束条件为节点功率平衡、全 网功率平衡及一些运行和网络参数限制，它们都是线性的，因此运输模型下电网扩 展规划完全是一个线性规划问题。由于线性规划的求解方法成熟，容易获得灵敏度 信息。使得本模型具有简单、快捷的特点。但当网络规模增大时，单纯形法的计算 量很大，模型本身的优点易被淹没。 最小费用模型以投资回收费用、设备折旧维修费用和电能损耗费用之和为目标 函数。直流潮流、传输功率限制、网架限制及“n - 1 ”原则为约束。该目标函数包含 了农村电网线路的投资、运行维护费用及网络损耗费用，相对运输模型更符合工程 对农村电网扩展规划经济性的要求。而且通过引人权因子可以改变投资和损耗费在 电网年综合费用中的比例，便于分析某些决策变量影响最优方案的灵敏度，以便于 工程人员根据实际情况对方案进行调整，因此得到了广泛的应用。但目标函数中具 有与网架相关的0 ，1 整数变量和与运行相关的连续变量。而且存在非线性约束，这 使得最小费用模型成为复杂的混合整数规划问题，相对运输模型复杂得多。由于农 村电网是配电网，其地域分散，网络参数复杂，负荷不集中等特点，使得在农村电 网规划中采用这种模型较为困难。 上述模型尽管可以获得具有一定经济性价值的电网扩展规划方案，但没有考虑 可靠性投资和可靠性效益的关系、什么样的可靠性水平最合理的问题，即没有从可 靠性和经济性两方面综合考虑全社会的效益，这对于现阶段的农村电网的改造中尤 其要注意的问题，于是可靠性模型针对上述问题应运而生。 可靠性模型 “需求侧管理”的兴起使人们的可靠性观念发生了变化。农村用户在购买电力 的同时也购买了电力的一个重要品质一定的供电可靠性。对于可靠性的重要性 在绪论中有所提及。因此，对于电网其供电总成本应包括该电网扩建的投资成本、 运行成本，需求侧的缺电成本。对农村电网提出可靠性模型已经是趋势