《电能质量管理案例》288-297

江苏南京蟹塘养殖区域季节性电压问题管控一、基本情况（一）单位简介国网南京供电公司是国家电网有限公司下属的大型供电企业，负责向南京市11个区的530万余户电力客户提供安全、经济、清洁、可持续的能源供应服务。公司本部设15个职能部室和17个业务支撑与实施机构，下辖江北新区、江宁区、溧水区、高淳区4个县级供电公司，在主城六区和六合区设立了5个区域供电服务中心。2024年，南京全社会用电量803.2亿kWh，全网用电负荷四创历史新高，最高达到1595.7万kW。（二）案例背景江苏南京高淳国家现代农业产业园（第三批）作为南京市高淳区核心民生工程，依托30.57万亩规模化水产养殖基地构建特色产业体系，其中高密度螃蟹养殖对电能质量提出严苛要求。伴随养殖技术升级，夏季高温期全域同步启动微孔增氧系统引发无功负荷瞬时激增，线路和台区的无功调节压力巨大，导致配网末端电压越限及三相不平衡问题凸显。户占比在高淳圩区中处于最高，对用户最低电压发生时间进行分析，发现打水负荷呈现显著波动性，凌晨3时至6时蟹塘增氧泵集中启动，推断高淳典型时段用户越下限的主要原因为大量蟹塘增氧泵等电机类负荷集中启动引发无功负荷叠加，导致台区末端电压降低影响农户正常用电。受水产养殖产业分布影响，砖墙、阳江及淳溪等台区低电压情况最为严重，亟需对电压问题开展治（三）案例概要针对高淳现代农业产业园蟹塘养殖用户电压越下限日益突出、三相不平衡时段性恶化等问题，通过在相关配电台区线路末端或分支节点处部署智能电容器、电能质量综合治理装置（如统一电能质量调节器，UPQC）、低压柔性直流治理装置进行电能质量综合治理，破解季节性负荷冲击带来的供电瓶颈，有效解决现代产业园蟹塘养殖用户用电质量问题。二、主要做法与实践（一）深化数据分析，精准定位问题根源综合分析台区水产养殖负荷和电网网架结构，挖掘数据特征，依据台区不同节点电压运行水平，划分三类电压质量治理场1.场景一：用户端电压越下限小于20%的台区，用户电压偏低主要由打氧泵运行期间功率因数偏低导致，可考虑通过无功补偿手段抬升台区电压水平。2.场景二：用户端电压越下限大于20%且小于30%的台区，用户端电压越下限主要为负荷运行期间无功缺额较大且受蟹塘养殖区域影响，打氧泵用电点与用户供电点距离较远，此种情况对无功补偿容量要求较高，同时伴随存在三相不平衡问题，考虑采用新型治理装置综合解决电能质量问题。3.场景三：用户端电压越下限大于30%的严重低电压用户，因特殊用电需求用户的并网点位于台区分支线路末端且采用单相线路供电，导致用电电压严重越下限。传统治理手段无法彻底解决电压越限问题，考虑采取“点对点”针对性治理措施。（二）坚持因地制宜，创新制定综合治理策略为确保治理手段充分契合台区用电和负荷特征，南京公司充分组织现场摸排工作。根据现场调研，蟹塘供电区域受低电压困扰的台区主要包括阳江钱家#3、砖墙葛家西村、阳江南宕中村#2等7个台区，总计156户农户，其中三相用户17户。对照前期理论分析结果，将出现低电压的7个台区分为三类典型场景，并差异化定制电能质量提升方案。1.针对场景一，可通过在分支线路部署智能电容器，在电机类负荷运行过程中按照单相/三相无功缺额动态投切分组电容，通过对供电支路容性无功的跟踪补偿，实现供电点电压的支撑调节和功率因数优化。。技术原理：在分支线路部署智能电容器，在电机类负荷运行过程中按照单相/三相无功缺额动态投切分组电容，通过对供电支路容性无功的跟踪补偿，实现供电点电压的支撑调节和功率因数优化，提升台区电压质量和损耗水平。智能电容器拓扑如图22.针对场景二：可通过在用户并网分支线路上部署串联式调压装置（如UPQC于凌晨打氧泵集中工作、电压越下限期间自动投入抬升线路电压，提升电压合格率，待打氧泵运行结束后自动旁路。技术原理：UPQC主要由串联侧模块、串联耦合变压器和并联侧模块等组成。串联侧逆变器通过调节隔离变压器的副边电压来实现负载侧电压的调节与闭环控制，主要用于保证负载侧电压稳定在设定值上，除了解决电压波动较大之外，同时串联侧还可用于消除负载供电侧的其他电压质量问题：电压谐波、电压三相不平衡等。并联侧逆变器主要用于解决负载侧电流的电能质量问题，包括三相不平衡、无功补偿和低次谐波等。UPQC拓扑如图3.针对场景三，可通过在用户并网分支和台区关口间部署低压柔性直流治理装置，实现严重低电压用户“一对一”定点治理。技术原理：低压柔性直流治理装置由两台VSC柔性变换器和直流线缆组成，面向低压严重越下限节点开展一对一治理，通过在台区关口并联一台VSC汲取功率，通过直流线缆传输到用户接入点部署的另一台柔性VSC，通过交直流变换环节为用户提供定制化的电力供应，提升优质用电水平。装置拓扑如图4所ABCV方案制定后，南京公司快速部署，15天内完成全部治理装置安装调试工作，现场累计部署智能电容器10套、串联式调压装置25套，低压柔性直流治理装置2套，推动实现台区电压全三、成效与创新通过本项目的实施，三类电能质量治理装置在调节优化接入点用户侧和台区侧电压质量的同时，通过相互间协同运行，有效提升台区用户整体电压质量水平，实现台区用户电压合格率全域达标，有效解决季节性负荷引起的电压波动问题。（一）用户侧低电压治理成效台区内共有用户156户，治理前台区蟹塘用户增氧泵运行期间用户线电压降低幅值较大，超出正常电压允许波动范围。通过综合部署三类治理装置，用户线电压无明显降低，台区首端电压未受增氧泵负荷运行影响。比对治理装置投运前后一周用户电压曲线，可以看出在设备），氧规律，每天凌晨1时后随着台区整体负荷增大而降低，在凌晨3时至6时会低于正常电压下限值198V。其他时间段用户电压用户电压曲线稳定在合格供电电压范围内未出现明显波动。投运前后用户电压趋势曲线如图5所示。（二）用户三相不平衡治理成效在设备投运前，通过数据分析发现该台区存在三相电流不平加装UPQC进行电流补偿后，设备前端（电网侧）的三相电流不平衡率降到12%。图6为安装点电流曲线图。通过电网侧和负载侧N相电流数据对比（图7治理效果（A）（A）（三）台区用户整体治理成效三类电能质量治理装置在不影响网侧电压的前提下，对安装点位后端用户电压进行治理。下图是安装点前端的用户9月20电压随线路电压规律波动，系统运行全程未出现电压超限波动情治理装置投运前，台区存在大量用户电压最低值小于198V；装置投运后，所有用户电压全天均大于198V且各用户电压波动得到明显抑制。统计示范台区所有低压用户在治理装置投运前后用户电压运行水平如下图所示：四、总结与建议（一）经验总结近年来，南京公司针对蟹塘养殖区实施圩区电能质量“再”提升工程，从配网网架优化、配变布点、低压线路改造及新技术应用等多维度发力，全面提升圩区供电质量。但由于蟹塘负荷随季节变化显著，同时在日内具有波动性特征，通过优化低压负荷分布、缩短供电半径等传统措施，虽能有效解决低电压问题，在非养殖期间经济效益不高。本案例充分分析用电负荷特征，综合考虑电压波动范围、用户负荷的时空特性等因素，创新采用UPQC等新型电压治理手段，同时能够有效解决传统新增布点等项目实施周期长等问题，在短时间内实现养殖区电能质量提升，达到经