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【摘 要】随着农村电网建设和改造的实施，农村电网的供电能力有了很大提高，但部分区域的农村电网仍然还存在电网结构不合理、网架薄弱、单电源供电、中低压线路供电半径过长等问题，供电能力较弱，供电电压合格率偏低，安全性和可靠性水平不高。部分区域农村电网中，配电变压器的容量相对过大，而负荷又相对较低，造成了设备利用率低，网损增大。因此，结合农村电网特点，合理优化电网结构的同时，有必要计算和优化主变压器与配电变压器容量比以及配电变压器与用电设备容量比，对农村电网各级变压器容量配置进行分析，从宏观的角度来反映电网的设备利用率及经济运行情况。合理配置和优化各级变压器容量，对于降低网损，提高电压合格率，提高供电可靠性等十分必要。
【关键词】农村电网;各级变压器;容量配置
引言
随着科学技术的进步，现代电力系统出现了许多变化，其中包含以下几点：随着可再生能源的大规模接入，电网能量来源多样化;直流输电与交流输电并存;微网、智能配网等新概念层出不穷。这些新的发展方向都有同样的需求，电网需要更多的控制和调节手段。作为电网的核心设备，传统的电力变压器作用单一，并不能很好的满足未来电网的需求。作为一种新型的电力变压器，电子电力变压器不仅可以实现传统电力变压器的功能，还可以实现连续有载调压、无功调节、谐波隔离、短路电流阻断、新能源并网、交直流混合组网等新的功能。电子电力变压器具有多种控制和调节的手段，在未来电网中将有广阔的发展空间。
1主变压器与配电变压器容量配置分析
主变压器与配电变压器容量的配置是否合理，是在考虑一定条件下，计算分析容量总和之比，即：
式中：∑Sze、∑Spe分別为主变压器、配电变压器额定容量，kVA;cosφ1、cosφ2分别为主变压器、配电变压器功率因数，可分别取0.95和0.8;Kzj、Kpj分别为主变压器、配电变压器经济负荷系数，可分别取0.6和0.5;Kt为变电站母线上负荷同时系数，一般为0.47～0.63;ΔP为10kV电网允许功率损失率，35kV电网取3%，10kV电网取7%，380/220V电网取12%。
通过定性分析，由于Kz/Kpj≈1，故ε1≈Kt。
从上式可以看出，主变压器与配电变压器容量比的合理值近似等于变电站母线上的负荷同时系数，所以农村电网主变压器和配电变压器容量比的合理数值为0.47～0.63。
实际建设工程中，在变电站主变压器正常运行方式下，所带配电变压器容量总和约为主变压器容量的2倍。但由于部分农村区域负荷较小，配电变压器负载率较低，可适当增加所带配电变压器数量和容量，但配电变压器容量最多不宜超过主变压器容量的3倍。在实际建设应用中，应根据具体情况予以分析。
2整体配置原则
在农村电网设备容量配置参数中，ε1是相对参数，ε2是基本参数。只有ε1、ε2在合理范围内，整个电网设备配置才合理。如果ε2超出合理范围，即使ε1相对合理，其整体配置也不能算是合理的。一般来说，为满足农村用电的实际需求，应尽可能发挥配电变压器与用电设备利用率，为此ε2较合理地配置比例以0.56～0.61为宜，而ε1以0.47～0.63为宜。故此，各级变压器容量配置是否合理，是相辅相成的，首先应确保最末端的配电变压器所带用电设备容量配置合理，然后变电站主变压器所带配电变压器容量的合理配置才有意义。如果配电变压器容量与用电设备容量配置不合理，即使主变压器容量与配电变压器容量配置最优，但因主变压器负载率较低，也将造成整个配电网的技术经济性不高。
3电力电子变压器控制策略
3.1高压级控制策略
PET高压级的控制策略如图8所示。将高压级所有功率模块的直流母线电压平均值udc_av进行闭环控制，实现了输入PET总有功功率的控制。通过注入零序电压，调整了电网故障工况下有功功率在3条换流链的分配，保证了高压级相间功率的均衡。当PCC点电压在正常范围0.9～1.1pu时，PET高压级为单位功率因数控制，无功电流控制为0;当电网正序电压超出该范围时，PET对PCC点电压进行闭环控制，输出无功电流支撑电网电压的恢复，其中k为PET的特性斜率。电流内环采用双旋转坐标系矢量控制，以电网正序电压矢量定向，分别对正序dq轴电流和负序dq轴电流进行闭环控制，为了增大电网故障后正序无功电流的输出能力，将负序电流控制为0，电流内环控制得到的调制波ui（i=a，b，c）作为i相换流链所有模块的调制波进行调制。
3.2隔离级控制策略
隔离级控制策略非谐振型DAB传输的有功功率为
式中：Ui为DAB输入侧直流电压;φ为DAB的移向角。将低压侧直流电压进行闭环控制，得到总的移向角φ。由于DAB低压侧直流母线电压并联，因此对低压直流电压Uo闭环控制就控制了所有DAB传输至低压级的总有功功率。
在实际系统中，各个DAB的电感大小、高频变压器漏抗等存在一定的差异性，如果采用相同的移向角，其传输的有功功率将不同，进而导致PET高压级换流链内直流电压的不均衡。因此需要对各个DAB的移向角进行调整，具体为：分别将每条换流链内子模块直流电压Uij（i=a，b，c;j=1～N）与该条换流链电压的平均值Udci（i=a，b，c）做差，利用PI调节器进行闭环控制得到该换流链各个DAB的移向角修正量△φij，△φij与φ相加得到DAB的最终移向角φij。
3.3低压级控制策略
低压级为电压源，将低压级输出的三相交流电压变换至dq旋转坐标系，d轴电压控制为给定电压，q轴电压控制为0，桥臂N采用占空比为50%的方波进行调制，开关频率与其他三相相同。由于低压级为三相四线拓扑，因此采用SPWM进行调制。
结语
合理配置变电站主变压器与配电变压器容量以及配电变压器与用电设备的容量，对农村电网结构优化有一定的效果。但优化完善电源点布点，是农村电网结构优化的一项重要内容，变电站布点的多少及其容量的大小，直接影响农村电网的合理性和技术经济性。
参考文献：
[1]张弛，江道灼，叶李心，等.一种适用于直流配电网的双向稳压型电压平衡器[J].电力建设，2017，34（10）：53-59.
[2]陈亚爱，陈鹏，周京华.电力电子变压器研究现状及工程应用[J].电气应用，2016，33（23）：102-106.
[3]陈启超.配电系统电力电子变压器拓扑结构综述[J].电工电能新技术，2015，34（3）：41-48.
（作者单位：国网太原供电公司）
【关键词】农村电网;各级变压器;容量配置
引言
随着科学技术的进步，现代电力系统出现了许多变化，其中包含以下几点：随着可再生能源的大规模接入，电网能量来源多样化;直流输电与交流输电并存;微网、智能配网等新概念层出不穷。这些新的发展方向都有同样的需求，电网需要更多的控制和调节手段。作为电网的核心设备，传统的电力变压器作用单一，并不能很好的满足未来电网的需求。作为一种新型的电力变压器，电子电力变压器不仅可以实现传统电力变压器的功能，还可以实现连续有载调压、无功调节、谐波隔离、短路电流阻断、新能源并网、交直流混合组网等新的功能。电子电力变压器具有多种控制和调节的手段，在未来电网中将有广阔的发展空间。
1主变压器与配电变压器容量配置分析
主变压器与配电变压器容量的配置是否合理，是在考虑一定条件下，计算分析容量总和之比，即：
式中：∑Sze、∑Spe分別为主变压器、配电变压器额定容量，kVA;cosφ1、cosφ2分别为主变压器、配电变压器功率因数，可分别取0.95和0.8;Kzj、Kpj分别为主变压器、配电变压器经济负荷系数，可分别取0.6和0.5;Kt为变电站母线上负荷同时系数，一般为0.47～0.63;ΔP为10kV电网允许功率损失率，35kV电网取3%，10kV电网取7%，380/220V电网取12%。
通过定性分析，由于Kz/Kpj≈1，故ε1≈Kt。
从上式可以看出，主变压器与配电变压器容量比的合理值近似等于变电站母线上的负荷同时系数，所以农村电网主变压器和配电变压器容量比的合理数值为0.47～0.63。
实际建设工程中，在变电站主变压器正常运行方式下，所带配电变压器容量总和约为主变压器容量的2倍。但由于部分农村区域负荷较小，配电变压器负载率较低，可适当增加所带配电变压器数量和容量，但配电变压器容量最多不宜超过主变压器容量的3倍。在实际建设应用中，应根据具体情况予以分析。
2整体配置原则
在农村电网设备容量配置参数中，ε1是相对参数，ε2是基本参数。只有ε1、ε2在合理范围内，整个电网设备配置才合理。如果ε2超出合理范围，即使ε1相对合理，其整体配置也不能算是合理的。一般来说，为满足农村用电的实际需求，应尽可能发挥配电变压器与用电设备利用率，为此ε2较合理地配置比例以0.56～0.61为宜，而ε1以0.47～0.63为宜。故此，各级变压器容量配置是否合理，是相辅相成的，首先应确保最末端的配电变压器所带用电设备容量配置合理，然后变电站主变压器所带配电变压器容量的合理配置才有意义。如果配电变压器容量与用电设备容量配置不合理，即使主变压器容量与配电变压器容量配置最优，但因主变压器负载率较低，也将造成整个配电网的技术经济性不高。
3电力电子变压器控制策略
3.1高压级控制策略
PET高压级的控制策略如图8所示。将高压级所有功率模块的直流母线电压平均值udc_av进行闭环控制，实现了输入PET总有功功率的控制。通过注入零序电压，调整了电网故障工况下有功功率在3条换流链的分配，保证了高压级相间功率的均衡。当PCC点电压在正常范围0.9～1.1pu时，PET高压级为单位功率因数控制，无功电流控制为0;当电网正序电压超出该范围时，PET对PCC点电压进行闭环控制，输出无功电流支撑电网电压的恢复，其中k为PET的特性斜率。电流内环采用双旋转坐标系矢量控制，以电网正序电压矢量定向，分别对正序dq轴电流和负序dq轴电流进行闭环控制，为了增大电网故障后正序无功电流的输出能力，将负序电流控制为0，电流内环控制得到的调制波ui（i=a，b，c）作为i相换流链所有模块的调制波进行调制。
3.2隔离级控制策略
隔离级控制策略非谐振型DAB传输的有功功率为
式中：Ui为DAB输入侧直流电压;φ为DAB的移向角。将低压侧直流电压进行闭环控制，得到总的移向角φ。由于DAB低压侧直流母线电压并联，因此对低压直流电压Uo闭环控制就控制了所有DAB传输至低压级的总有功功率。
在实际系统中，各个DAB的电感大小、高频变压器漏抗等存在一定的差异性，如果采用相同的移向角，其传输的有功功率将不同，进而导致PET高压级换流链内直流电压的不均衡。因此需要对各个DAB的移向角进行调整，具体为：分别将每条换流链内子模块直流电压Uij（i=a，b，c;j=1～N）与该条换流链电压的平均值Udci（i=a，b，c）做差，利用PI调节器进行闭环控制得到该换流链各个DAB的移向角修正量△φij，△φij与φ相加得到DAB的最终移向角φij。
3.3低压级控制策略
低压级为电压源，将低压级输出的三相交流电压变换至dq旋转坐标系，d轴电压控制为给定电压，q轴电压控制为0，桥臂N采用占空比为50%的方波进行调制，开关频率与其他三相相同。由于低压级为三相四线拓扑，因此采用SPWM进行调制。
结语
合理配置变电站主变压器与配电变压器容量以及配电变压器与用电设备的容量，对农村电网结构优化有一定的效果。但优化完善电源点布点，是农村电网结构优化的一项重要内容，变电站布点的多少及其容量的大小，直接影响农村电网的合理性和技术经济性。
参考文献：
[1]张弛，江道灼，叶李心，等.一种适用于直流配电网的双向稳压型电压平衡器[J].电力建设，2017，34（10）：53-59.
[2]陈亚爱，陈鹏，周京华.电力电子变压器研究现状及工程应用[J].电气应用，2016，33（23）：102-106.
[3]陈启超.配电系统电力电子变压器拓扑结构综述[J].电工电能新技术，2015，34（3）：41-48.
（作者单位：国网太原供电公司）