1.中国农村低压电网输电系统存在的问题

我国的农村及边远贫困地区，地域辽阔，人口密度低，用电负荷分散，容量低。存在大量的超过500米供电范围的低压供电线路，线路长度1—3公里，个别线路3公里以上。目前只能按照国家标准，使用三相380伏或单相220伏电压供电。造成线路损耗大，用户端电压过低。严重影响了电动农机、养殖、机井灌溉和群众日常生活用电需求。

电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损耗和城乡居民生活用电都有直接响。随着我国经济的高速发展，农村居民购买了大量的家用电器，以及电力排灌机井等电动机械的大量增加，农业用电负荷激增。

农村电网由于建设时间久远，供电线路过长过细，单相负荷变化大。形成季节性和间隙性的局部供电电压过低或过高，三相负荷不平衡等日益严重的电能质量超标问题。

我国电力公司执行20、10千伏中压电网和0.4千伏低压电网国家供电标准。所以，供电部门解决以上问题的方法是，是架设10千伏线路和10千伏变压器，成本高昂。特别是30千瓦以下的小负荷型用电户，更加难以实现。

本发明采用电力电子、变压器节能、嵌入式计算机技术。提供220伏、380伏、10千伏三种低成本的低压电网远距离输电方案，较好的解决了以上问题。

2. 低压电网远距离输电系统理论计算数据

举例：

     根据电功率计算公式

     W=VI=I²R

其中: 

W代表电功率

     V代表电压

     I代表电流

     R代表线路电阻

     假设一条1.3公里，25m²铝芯输电线路

使用220伏电压输送8千瓦负荷：

其工作电流是:

I=W÷V=8000÷220=36.36≈36A

1.3公里，25m²铝芯输电线路环路电阻是4欧姆

其输电线路的功率损耗是:

W=I²R=36²×4=1296×4=5184≈5000W

即1.3公里输电线路消耗5千瓦供电功率

其线路电压损耗:

V=IR=36×4=144V

同样条件下：

假设使用1100伏电压输送8千瓦的供电负荷

其工作电流是:

I=W÷V=8000÷1100=7.27≈7A

输电线路的功率损耗是:

W=I²R=7²×4=196W

线路电压损耗:

V=IR=7×4=28V

经现场实际测试，以上计算数据准确。

从表1中可以看出，线路输电电流是线损增加的主要原因。输电电压提高到1100伏时，低压远距离输电系统降低了线路损耗功率25倍，获取良好的节能效果。另外，线路及设备的线径均可减小，节省建设成本。

3. 220伏远距离输电系统工作原理

升压变压器将输入电压220伏提升至660伏以上，经双线电力线路传输到用电终端。再用降压变压器降到380伏和220伏。

220伏电压经电压补偿器调整后，输送到用户端。

单相600伏至400伏经过本发明公开的单/三相电源转换器转换，变换成380伏三相动力电源，供农业灌溉和其它电动机械使用。

220伏电压升压到1100伏，将供电半径扩大了数倍。使用中的某1100伏低压电网远距离输电系统为例，供电半径增加4×500米，该系统实测供电距离1.3公里。经过8千瓦负荷测试，各项电压指标均符合国家供电标准。

这种单相220伏远距离输电系统因为缺少三相平衡功能，只能用于小型动力、生活用电混合型用户，最大负荷20千瓦。其优点是建设成本低，容易维护。

3.1.1升压变压器工作原理

升压变压器主要作用是提升输电线路电压，降低线路损耗，扩大输电距离。

其链接方法是：升压变压器220伏输入电源端链接220伏低压电网，升压变压器输出端经输电线路与降压变压器相同电压的输入端链接。零线与降压变压器零线并接。

3.1.2降压变压器工作原理

降压变压器作用是降低线路电压，输出单相220伏电源和380伏单/三相转换电源。

其链接方法是：降压变压器输入端经输电线路与升压变压器相同电压输出端链接，零线与电压升压器的零线链接。

单相600伏至400伏电压经单相/三相转换器，输出三相380伏动力电源。220伏电压输出端链接电压补偿器的输入端，零线与电压补偿器的零线链接。

3.1.3电压补偿器工作原理

由于低压远距离输电系统存在设备和线路电压损耗，负荷重时电压降低，负荷轻时电压升高。所以使用电压补偿器根据负载轻重，实时调整降压变压器输出电压在205伏到230伏之间。

电压补偿器输入端接在降压变压器220伏输出端，输出端链接用户端。嵌入式计算机组成的控制器，实时检测降压变压器的输出电压。如果线路负载较重，降压变压器输出电压低于205伏时。计算机控制器将205伏继电器触点闭合，补偿线圈输出正向15伏交流电压，将输出电压提高到220伏。当负载较轻，输出电压高于230伏时。计算机控制器将230伏继电器触点闭合，补偿线圈输出反向10伏交流电压，将输出电压降低到220伏。

另外升压变压器距离10千伏变压器较远，输入端电压不稳时，也应使用电压补偿器。

3.1.4单相600伏至400伏转三相380伏转换器原理

600伏至400伏单相电源经全波整流器，整流为500伏以上直流高压，然后经PWM逆变器转换成三相380伏动力电源。

 4．三相380伏远距离输电系统工作原理

三相升压变压器将输入端380伏电压升高到800伏以上，经三相输电线路输送到三相降压变压器，降压到380伏，为工农业生产提供动力电源。电压波动较大的地区，使用三相电压补偿器调整后，输出稳定的380伏电源。

该系统具有稳压和三相平衡功能，适合200千瓦以下的三相380伏动力和220伏单相电源用户。

5.  10千伏低压电网远距离输电系统工作原理

10千伏中压变压器降压输出单相或三相660伏以上电压，在2200伏、3300伏、4400、5500伏输电电压状态下，输出功率可以提高到100至400千瓦以上。

该10千伏低压电网远距离输电系统无升压变压器，降低了变压器损耗和制造成本，进一步简化了低压远距离输电网络。

6.技术效果 

低压电网远距离输电系统有效地解决了农村电网超过500米供电距离，造成的末端电压过低、三相不平衡问题。不用延伸10KV线路，不需安装10千伏变压器，为远距离用户提供稳定、低损耗的220伏/380伏电源，同时实现稳压和三相负荷平衡。

   低压电网远距离输电系统适合山区、牧区、林区、农田、湖区、海岛等超过500米供电半径、不宜架设10千伏线路和10千伏变压器的小型居民点。以及远距离供电的通信基站，各种监测点、养殖场、茶厂、果园、蔬菜大棚、农灌泵站、家庭作坊、小型企业使用。

      由于低压电网远距离输电系统供电电压在1千伏和6千伏之间，低于10千伏国家供电标准。降低了线路、设备的绝缘标准及材料成本。 

7.安装方式

设备可以挂墙，单杆坐装，也可双杆坐装、吊装。接线时，只需将相线串接进设备，零线并接进设备即可。参考安装方式如图12所示：