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摘要：随着农村经济水平和消费水平的逐渐提高，农村用户用电量也在随之增加。但是，农村电网的建设水平落后，且智能化的程度不高。本文提出基于电能质量矫正装置（SPC）与低电压调节装置（LVR）的电能治理与电压控制策略，利用电力电子装置与末端低电压装置的协调控制，可实现配变三相不平衡以及线路首/末端高低压的综合治理。
关键词：三相不平衡;末端电压;电能质量矫正;低电压调节
1.引言
农村低电压的问题也大大地制约着农村地区经济的创收，给农网用户的生产生活带来不利影响，更是成为我国筹建“新农村”的阻碍因素[1-2]，特别是农村偏远地区，在用电高峰时期（节假日，或者农忙灌溉季节），变压器负荷很重，再加上农村低压线路线径小，线路压降大，用户侧电压长期偏低，电压幅值甚至低到160V以下。这不仅增加了网络损耗，而且会使用户的家用电器因电压低不能正常工作。但是，当负荷较轻时，因为变压器的调压档位没有得到及时回调（为了应对末端电压过低时特意调高了档位），导致出现首端，甚至末端电压过高[3]。用户处电压质量的不合格（偏高与偏低）会严重影响民生。
针对农村配变台区三相不平衡 功率因数偏低，以及线路首端/末端高 低电压问题，各供电公司采取了一系列措施。常见的方法是对负载过重的相序进行换相操作[4]，但是单相电气设备的同时率不高，并且遭受着不频繁的间歇性和四季电力交替性的影响。如此一来使得居民每月的用电存在较大差异，导致配电变压器的三相负荷更加不平衡，治理效果不理想。为此本文提出基于实时潮流的农网台区电能治理与电压平衡控制策略，利用电力电子装置与末端低电压装置的协调控制，可实现配变三相不平衡以及线路首/末端高低压的综合治理。
2. 基于SPC与LVR的农网台区电能治理与电压平衡控制策略架构
农网台区電能治理与电压平衡控制系统主要由全控智能型电能质量校正装置（SPC） 全控智能型低电压调节装置（LVR） 通信模块 集中控制器等组成。利用通信模块实现SPC及LVR与集中控制器的信息共享，集中控制器基于采集的线路首末两端的电流 电压信号，协调控制SPC与LVR装置，实现整个台区的电能质量综合监测与治理，图1为基于实时潮流的农网台区电能与电压平衡控制的架构图
图1农网台区电与电压平衡控制架构图
2.1 SPC三相不平衡与无功补偿原理
SPQC装置充分考虑到农网台区电力潮流的时变性及电力设备载流量的极限性，将配变三相不平衡校正以及无功补偿等功能集于一体。可解决配电变压器三相不平衡及由此带来的过载问题，大幅降低台区网损，延长变压器的使用寿命;可实现台区无功的就地平衡，实时调控台区电压质量，提高配电质量，改善用电环境。当三相不平衡与无功不足同时存在时，SPC优先调节三相不平衡，三相平衡以后若有剩余容量则补充无功功率。
三相有功平衡功能的补偿过程：SPC装置在启动之后，借助于外接的电流互感器（CT）实时对系统电流检测，随后把电流信息转送给集中控制器。集中控制器通过分析三相电流不平衡状态信息，得到零序及负序分量，利用IGBT功率变换器对三相回路的有功负荷进行再分配，以获得一个相对平衡的三相电流和负荷状态。补偿电流根据系统的不平衡状态准确无误，最大限度的保障不会发生过补偿的问题。再则，设备自身具备了过载保护的性能，假若系统的补偿量超过了装置的容量时，装置可以限制在预先设定的额定容量内补偿，不会引起过载问题。
2.2 LVR装置低压调节原理
LVR装置的相线串接于低压末端线路，LVR装置它由五部分构成：串联变压器（比例1：1），调节变压器，双向晶闸管，电磁开关和限流电抗器。透过控制双向晶闸管的开关状态可以正向和负向调节电压。再则，快速熔断器和电流继电器保护晶闸管切换单元，交流接触器K和限流电抗器用来保护LVR的晶闸管。
LVR的具体工作原理是凭借传感器和检测电路来对输出端线路的电压和电流进行实时检测。当端电压与额定值偏离时，按照当前检测出的电压U1和额定值U0（U0 =220V）之间的差值做出响应，对触发电路控制以产生触发信号，然后控制所对应档位的两个晶闸管相互导通，最终经串联的调整变压器补偿电压差额ΔU到负荷侧，这样一来就保障负载端的电压U2接近额定值U0，简洁的来说就是U2=U1±ΔU≈U0。
3.台区电压协同调节过程
台区电压协同调节过程主要是依靠SPC与LVR协同控制，图6为台区电压协调控制流程图。
具体步骤如下：
第一步：数据采集模块，采集设备输入和输出端的三相电压和三相电流。
第二步：过电压识别模块，判断输入端的三相电压是否越线;如果电压存在越线，SPC无功补偿模块控制IGBT功率变换器产生容性或感性的基波电流，对输入端的电压进行调整，直到满足要求。如果不存在转第三步。
第三步：欠电压识别模块，判断LVR的输入测电压是否低于电压下限。如果存在欠电压，根据输出端电压承受能力，对触发电路控制以产生触发信号，然后控制所对应档位的两个晶闸管相互导通，增大输入测的电压，使得输出端的电压也达到要求。如果不存在，转第四步。
第四步，判断SPC和LVR的输入电压是否满足要求。如果不满足要求，转第二步继续进行调整，直到满足运行条件。
通过分析线路首末端的电压 电流信息，采用基于指标判定的多阶段协调控制算法，协调控制线路末端LVR装置的档位以及首端SPC的无功功率出力，实现整个台区的潮流优化与电压治理。
4.结论
本文提出基于SPC与LVR的电能质量治理与电压控制策略，利用电力电子装置与末端低电压装置的协调控制，可实现配变三相不平衡以及线路首/末端高低压的综合治理。
参考文献
[1] 黄芷定，邹玲玲. 如何解决农村配电网低电压问题的探讨[J].中国西部科技，2010（9）：62-63
[2] 颜勇，田晓，陈津，颜丽，苏超. 新型低压线路末端电压自动调节装置的研制[J].山东电力技术，2019（04）：45-48.
[3] 程杰章. 低电压台区原因分析及措施探讨[J]. 低碳世界，2015（3）：42-43.
[4] 何述堂. 换相技术在三相负荷不平衡治理中的应用研究[J].电力电容器与无功补偿，2019（2）：131-135.
关键词：三相不平衡;末端电压;电能质量矫正;低电压调节
1.引言
农村低电压的问题也大大地制约着农村地区经济的创收，给农网用户的生产生活带来不利影响，更是成为我国筹建“新农村”的阻碍因素[1-2]，特别是农村偏远地区，在用电高峰时期（节假日，或者农忙灌溉季节），变压器负荷很重，再加上农村低压线路线径小，线路压降大，用户侧电压长期偏低，电压幅值甚至低到160V以下。这不仅增加了网络损耗，而且会使用户的家用电器因电压低不能正常工作。但是，当负荷较轻时，因为变压器的调压档位没有得到及时回调（为了应对末端电压过低时特意调高了档位），导致出现首端，甚至末端电压过高[3]。用户处电压质量的不合格（偏高与偏低）会严重影响民生。
针对农村配变台区三相不平衡 功率因数偏低，以及线路首端/末端高 低电压问题，各供电公司采取了一系列措施。常见的方法是对负载过重的相序进行换相操作[4]，但是单相电气设备的同时率不高，并且遭受着不频繁的间歇性和四季电力交替性的影响。如此一来使得居民每月的用电存在较大差异，导致配电变压器的三相负荷更加不平衡，治理效果不理想。为此本文提出基于实时潮流的农网台区电能治理与电压平衡控制策略，利用电力电子装置与末端低电压装置的协调控制，可实现配变三相不平衡以及线路首/末端高低压的综合治理。
2. 基于SPC与LVR的农网台区电能治理与电压平衡控制策略架构
农网台区電能治理与电压平衡控制系统主要由全控智能型电能质量校正装置（SPC） 全控智能型低电压调节装置（LVR） 通信模块 集中控制器等组成。利用通信模块实现SPC及LVR与集中控制器的信息共享，集中控制器基于采集的线路首末两端的电流 电压信号，协调控制SPC与LVR装置，实现整个台区的电能质量综合监测与治理，图1为基于实时潮流的农网台区电能与电压平衡控制的架构图
图1农网台区电与电压平衡控制架构图
2.1 SPC三相不平衡与无功补偿原理
SPQC装置充分考虑到农网台区电力潮流的时变性及电力设备载流量的极限性，将配变三相不平衡校正以及无功补偿等功能集于一体。可解决配电变压器三相不平衡及由此带来的过载问题，大幅降低台区网损，延长变压器的使用寿命;可实现台区无功的就地平衡，实时调控台区电压质量，提高配电质量，改善用电环境。当三相不平衡与无功不足同时存在时，SPC优先调节三相不平衡，三相平衡以后若有剩余容量则补充无功功率。
三相有功平衡功能的补偿过程：SPC装置在启动之后，借助于外接的电流互感器（CT）实时对系统电流检测，随后把电流信息转送给集中控制器。集中控制器通过分析三相电流不平衡状态信息，得到零序及负序分量，利用IGBT功率变换器对三相回路的有功负荷进行再分配，以获得一个相对平衡的三相电流和负荷状态。补偿电流根据系统的不平衡状态准确无误，最大限度的保障不会发生过补偿的问题。再则，设备自身具备了过载保护的性能，假若系统的补偿量超过了装置的容量时，装置可以限制在预先设定的额定容量内补偿，不会引起过载问题。
2.2 LVR装置低压调节原理
LVR装置的相线串接于低压末端线路，LVR装置它由五部分构成：串联变压器（比例1：1），调节变压器，双向晶闸管，电磁开关和限流电抗器。透过控制双向晶闸管的开关状态可以正向和负向调节电压。再则，快速熔断器和电流继电器保护晶闸管切换单元，交流接触器K和限流电抗器用来保护LVR的晶闸管。
LVR的具体工作原理是凭借传感器和检测电路来对输出端线路的电压和电流进行实时检测。当端电压与额定值偏离时，按照当前检测出的电压U1和额定值U0（U0 =220V）之间的差值做出响应，对触发电路控制以产生触发信号，然后控制所对应档位的两个晶闸管相互导通，最终经串联的调整变压器补偿电压差额ΔU到负荷侧，这样一来就保障负载端的电压U2接近额定值U0，简洁的来说就是U2=U1±ΔU≈U0。
3.台区电压协同调节过程
台区电压协同调节过程主要是依靠SPC与LVR协同控制，图6为台区电压协调控制流程图。
具体步骤如下：
第一步：数据采集模块，采集设备输入和输出端的三相电压和三相电流。
第二步：过电压识别模块，判断输入端的三相电压是否越线;如果电压存在越线，SPC无功补偿模块控制IGBT功率变换器产生容性或感性的基波电流，对输入端的电压进行调整，直到满足要求。如果不存在转第三步。
第三步：欠电压识别模块，判断LVR的输入测电压是否低于电压下限。如果存在欠电压，根据输出端电压承受能力，对触发电路控制以产生触发信号，然后控制所对应档位的两个晶闸管相互导通，增大输入测的电压，使得输出端的电压也达到要求。如果不存在，转第四步。
第四步，判断SPC和LVR的输入电压是否满足要求。如果不满足要求，转第二步继续进行调整，直到满足运行条件。
通过分析线路首末端的电压 电流信息，采用基于指标判定的多阶段协调控制算法，协调控制线路末端LVR装置的档位以及首端SPC的无功功率出力，实现整个台区的潮流优化与电压治理。
4.结论
本文提出基于SPC与LVR的电能质量治理与电压控制策略，利用电力电子装置与末端低电压装置的协调控制，可实现配变三相不平衡以及线路首/末端高低压的综合治理。
参考文献
[1] 黄芷定，邹玲玲. 如何解决农村配电网低电压问题的探讨[J].中国西部科技，2010（9）：62-63
[2] 颜勇，田晓，陈津，颜丽，苏超. 新型低压线路末端电压自动调节装置的研制[J].山东电力技术，2019（04）：45-48.
[3] 程杰章. 低电压台区原因分析及措施探讨[J]. 低碳世界，2015（3）：42-43.
[4] 何述堂. 换相技术在三相负荷不平衡治理中的应用研究[J].电力电容器与无功补偿，2019（2）：131-135.