近些年以来，我国的经济飞速发展，电网规模不断扩大，但由于农村地区电网的发展速度没有跟上经济发展的速度，使得农村地区低压配电网的建设速度落后于负荷增长的速度。目前很多农村配变的容量较小，10 k V主干线路、分支线以及低压主干线路、接户线的截面均过小，且位于供电半径超标的台区。随着农村居民负荷增长，虽然采取了更换大容量变压器的措施，但受线路卡脖子的制约，特别是偏远山区，住户分散，10k V线路远离零星用户，投资改造投入过大，因此用户侧低电压现象依然突出。

近些年以来，我国的经济飞速发展，电网规模不断扩大，但由于农村地区电网的发展速度没有跟上经济发展的速度，使得农村地区低压配电网的建设速度落后于负荷增长的速度。目前很多农村配变的容量较小，10 k V主干线路、分支线以及低压主干线路、接户线的截面均过小，且位于供电半径超标的台区。随着农村居民负荷增长，虽然采取了更换大容量变压器的措施，但受线路卡脖子的制约，特别是偏远山区，住户分散，10k V线路远离零星用户，投资改造投入过大，因此用户侧低电压现象依然突出。

近些年以来，我国的经济飞速发展，电网规模不断扩大，但由于农村地区电网的发展速度没有跟上经济发展的速度，使得农村地区低压配电网的建设速度落后于负荷增长的速度。目前很多农村配变的容量较小，10 k V主干线路、分支线以及低压主干线路、接户线的截面均过小，且位于供电半径超标的台区。随着农村居民负荷增长，虽然采取了更换大容量变压器的措施，但受线路卡脖子的制约，特别是偏远山区，住户分散，10k V线路远离零星用户，投资改造投入过大，因此用户侧低电压现象依然突出。

为了解决农村配电网的低电压的问题，国家电网在2010年和2014年2次对低电压问题进行整治。一般情况下，电网公司对低电压治理的基本方法为更换大容量的电力变压器、新建变电站、扩大配电网的输电线的导线半径以及划分台区等。这些方法虽能解决配电网末端的低电压问题，但具体实施起来，所耗费的人力、物力和财力都比较大，且施工周期长。一般采取的治理方法有在线路上安装无功补偿装置或调压器。文献[1]在MATLAB/Simulink上搭建了配电网的无功补偿的仿真模型，并验证了模型的可行性。文献[2]在配电网末端测试了不同的低电压治理方法的调压效果，同时提出了有功补偿和无功补偿与调压器相结合的低电压的治理方法。文献[3]以电力电子技术为基础，对低压配电网的低电压问题进行治理。目前，一些研究者从问题的根本入手，将光伏风电等分布式电源接入到配电网的末端，以此来解决低电压的问题。例如，文献[4]结合分布式光伏的建设，提出分布式光伏并网来解决农村配电网的低电压现象。文献[5]提出了基于光储的低电压治理技术方案。文献[6]在配电网中接入分布式光伏来对低电压进行治理，建立了以配电网中总的电压偏差最小为目标函数，使用粒子群算法寻找光伏接入配电网的最优位置。

本文旨在解决农村低电压的问题，尤其是针对偏远山区，改造难度大、投资大的地区。本文所研制的智能储能式低电压治理系统将光伏与储能相结合，以电力电子技术为基础，设计了相关的电路与末端配电网相连接，同时可通过手机APP远程了解和控制该系统的运行状态。智能储能式低电压治理系统主要包含3个部分：直流系统、交流系统和控制系统，其系统的原理图如图1所示。

在直流系统部分，主要由光伏（photovoltaic,PV）、电磁兼容（electro magnetic compatiblity,EMC）滤波器、DC-DC变换电路和电池组组成，如图2所示的直流部分。

在直流系统中，有2组PV接入到了系统的直流系统中，以PV为起点，可以将PV发出的电能的去向分为2种情况。

情况一：当配电网出现低电压状态时，此时DC-AC电路处于逆变状态，PV发出的电能经DC-AC逆变向配电网和用户送出，若提供的电量有剩余，则再通过DC-DC变换电路向电池组充电；若PV所提供的电能不足，则电池组依次通过DC-DC变换电路、DC-AC逆变电路向配电网和用户供电。

情况二：当配电网的电压处于正常范围时，PV发出的电能通过2个DC-DC变换电路对电池组进行充电，若当PV提供电能不足时，且电网电价处于低价状态时，此时AC-DC电路处于整流状态，配电网的电能经过AC-DC整流电路后，再经过DC-DC降压电路对电池组进行充电。

在交流系统部分，如图2所示的交流部分，主要是由DC-AC变换电路、电压电流传感器、EMC滤波器、接地故障电流漏电保护器和智能电表组成。

在交流部分，若将智能储能式低电压治理系统视为电源，则可分为2种情况。

情况一：当智能储能式低电压治理系统发出的功率大于用户负载时，此时智能储能式低电压治理系统也向配电网提供一定的功率，智能电表的功率流向为配电网，可以减轻配电网的负荷状态抬升配电网的电压，同时流向配电网的部分可以获得一定的收益。

情况二：当智能储能式低电压治理系统发出的功率小于用户负载时，此时智能储能式低电压治理系统仅对用户负载进行供电，智能电表的功率流向为用户负载，可以抬升用户端的电压，在一定程度上缓解配电网负荷状态。

在配电网断电时，智能储能式低电压治理系统还可以作为应急电源（emergency power supply,EPS）电源，仅对重要的用户负载进行一段时间的供电。

当智能储能式低电压治理系统作为负荷时，此时用户端电压应在正常范围内，且PV和配电网均可向电池组进行充电。交流系统部分传感器的作用主要是检测电压电流的状态，方便系统对其进行状态评估，避免智能储能式低电压治理系统处于孤岛状态。

在控制系统部分，主要包括PV变换器控制单元、主控模块、电池管理系统（battery management system,BMS）控制模块和电池均衡模块。

其中，PV变换器控制单元的主要作用是采集PV输出的电压电流信号、直流母线的电压电流信号、交流侧电压信号，根据采集的信号进行线路上的状态评估，并控制DC-DC变换电路、DC-AC变换电路、继电器和接地故障电流漏电保护器的开合，保护智能储能式低电压治理系统的电路安全。

主控模块作为智能储能式低电压治理系统的主要控制中心，相当于人类的大脑，是信号的处理中心和发出中心，其基本功能图如图3所示。用户通过操作系统进行交互，进而控制单片机（microcontroller unit,MCU),MCU发出相应的输出信号对BMS系统和金属-氧化物-半导体（metal oxide semiconduct,MOS）管进行控制，同时MCU通过检测电路发出的反馈信号，又进一步调整输出信号，使得整个系统安全高效地运行。用户既可以通过嵌入在智能储能式低电压治理系统中的LCD屏对能源管理系统中各个模块进行操作和了解设备状态信息，又可以通过Wi Fi或以太网接入到互联网中，通过互联网可以在手机APP上实时了解智能储能式低电压治理系统中各个模块的状态和控制每个模块的动作，实现远程操作和信息交互。

BMS控制模块的主要作用是对电池组中的每个电池进行单独管理，均衡各个电池的荷电状态（state of charge,SOC），以及对每一个电池的健康状况（state of health,SOH）和功率状态（state of power,SOP）进行估算，与均衡模块协同作用最大限度地保证整个电池组的供能效率；同时，BMS控制系统也可以进行人机交互，可以通过液晶显示（liquid crystal display,LCD）屏了解每个电池的状态和整个电池组工作效率，也可以通过LCD屏的交互界面控制每个电池具体的充放电功率，其原理框图如图4所示。

本文所研制的智能储能式低电压治理系统以并联的方式接入到配电网中，为了简化分析，可以将智能储能式低电压治理系统简化为一个并联在电路中的电压源，并将其视为一个补偿器。在不加入补偿器的情况下，其电路原理图可化简，如图5所示。

其中，配电网输电线的型号为LGJ300/25的钢芯铝绞线，其电阻率ρ=1.3Ω/km，线路的长度d=1.54 km，线路的总电阻为

配网变压器出口处电压V_oc=240 V，用户负载电阻R_load=10Ω，则可计算得到线路电流

用户端的电压为

用户的功率为

线路损耗为

线损率为

在加入补偿器后，电路原理图如图6所示。

其中，补偿器的输出电压V_com=205 V，配电变压器的出口电流为

可计算得出配电变压器的输出功率为

用户的功率为

由式（8）和式（9）可以得出补偿器需要输出的功率为

再由式（9）和式（10）可计算得出补偿器的补偿比例为

设备补偿功率与电网补偿功率比为

则线路上的损耗为

式中：0.08为电池组的转化效率，30 W为待机功耗。

线损率为

则由式（5）和式（13）可以得出线损降损率为

本文将光伏和储能装置相结合，并通过电力电子电路与配电网连接，实现了在负荷较大电压偏低时，储能装置向配电网输出功率，以此将配电网的末端电压进行抬升；在负荷较小电压偏高时，配电网对储能装置进行充电，以此将配电网末端电压进行降低。目前本文所研制的智能储能式低电压治理系统已应用于十几户用户，同时距离10 k V线路2 km以上台区改造需要近百万的台区作为应用场地，系统安装后节约投资40%以上，同时综合降低线路损耗30%以上。同时本文对低电压问题进行了更有效的解决，特别是偏远山区，改造难度大及投资大的地区，得到了全面有效的根治，同时对新能源接入、储能技术、微网技术、锂电池管理系统和锂电池修复等领域的技术开发有了一定的理论和技术储备。