无功电压全过程全方位管理探讨.pdf

第3 l 卷增刊 1 湖南电力 HU N A N E I C T R I C P O WE R 2 0 1 1 年 5月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 1 1 Z 1 0 3 5 无功电压全过程全方位管理探讨 杨丹 ( 湖南省电力公 司调度通信局 ，湖南 长沙4 1 0 0 0 7 ) 摘要：湖南电网水电装机比重较大、分布集中，径流式小水电丰富；电源布局不合 理，负荷分布不均；局部电网结构薄弱、存在无功缺额。随着用电负荷的增长，湖南电 网受端特性 日益明显。“ 十二五”期间，特高压交、直流都将落点湖南电网。无功电压 管理也面临着新的挑战，电压问题已不仅仅是电能质量问题，而是保证大电网安全、稳 定、经济运行的重要基础。本文分析湖南电网基本情况、无功电压管理及 自 动电压控制 现状，介绍特 高压工程 落点湖南后对无功电压的控制要求 ，提 出按 照全过程全方位 的原 则进行无功电压管理工作的思路。 关键词：无功电压管理；受端电网；自 动电压控制；电网稳定；特高压交流；特高压直 流 中图分类号：T M 7 1 4 2 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 8 0 1 9 8 ( 2 0 1 1 ) S 1 0 1 3 3 0 4 “ 十二五”期间，特高压交、直流都将落点 湖南电网。无功电压管理也面临着新的挑战。由于 无功 电压涉及 电网规划 、建设 、生产、运行 、维护 等全部电力生产环节，也关系到发电、输变电、配 电、用电等各个部门，必须按照全过程全方位的原 则进行无功电压管理工作。 1 湖南电网的无功电压基本情况 湖南电网水电装机比重较大 ( 约占统调装机 容量的4 0 ) ，且水电主要集中在西部地区；负荷 主要集中在东部及南部地区；局部电网与主网联系 薄弱，存在一定的无功缺额；l l O k V及以下电压 等级并网的小水电资源丰富 ( 约占全省水电装机 的 5 O 左右) 。 湖南一次能源缺乏，本省煤只能满足全年电煤 需求的2 0 左右，有 8 0 需外省购人。为满足不 断增长的电力电量供应，外购电比例持续上升，湖 南电网的受端特性也日 益明显。 截至 2 0 1 0 年底，湖南电网2 2 0 k V变电站配置 低压并联电容器约占主变容量的 1 2 ，5 0 0 k V系 统感性无功补偿度约为 1 1 1 ，均达到规程要求。 在无功电压方面，主要存在以下问题： ( 1 )局部电网与主网联系薄弱，存在一定的 收稿 日期： 2 0 1 1 0 4 0 8 无功缺额。如 ，湘西 自治州末端 电网通过三 回 2 2 0 k V联络线与主网相连，供电距离长，枯水期高负 荷期间存在无功缺额 ，电压严重偏低 。 ( 2 )5 0 0 k V系统高压侧并联电抗器配置有限， 大部分充电无功要通过 5 0 0 k V主变低压侧并联电 抗器进行平衡，导致 5 0 0 k V主变下网无功功率较 重，不利于经济运行。且 5 0 0 k V线路高抗大部分 配置在线路一侧，一定程度上影响无功潮流的优化 分布。 ( 3 )部分地区电网无功平衡对重要设备依赖 性很大，重要设备 N一 1 方式下将严重影响该地区 的电压质量及稳定性。例如，5 0 0 k V紫霞变直接 影响永州南部电网的运行电压，紫霞主变停运或者 低压侧无功设备停运都将加大永州南部电压的控制 难度。紫霞主变跳闸则可能导致永州南部地区电压 失稳。 ( 4 )电网内动态无功补偿不足。仅紫霞变低 压侧配置 1 台 S V C装置，其余变电站的无功设备 大都为固定式并联电容器、电抗器，正常方式下无 功潮流难以在最佳点达到平衡，事故情况下缺乏动 态无功支撑。 ( 5 )无功电压控制 自动化程度有限。大部分 省调直调电厂都已经接人了A V C ( 自动电压控制) 1 3 3 第3 1 卷增刊 1 湖南电力 2 0 1 1 年5月 系统，截至 2 0 1 0年底，长沙、娄底 2个地调与省 调 A V C实现了协调控制。但大部分地区暂未实现 电压的自动调节，仍需要依靠人工来进行无功设备 投退。 ( 6 )1 1 0 k V及以下电压等级并网的小水电资 源丰富，大部分机组都未进行进相试验，在水电大 发期间导致系统电压偏高运行。 ( 7 )无功规划和设计只考虑局部节点上的无 功配置问题，而没有充分考虑无功电压系统控制的 作用；目前无功补偿装置配置容量虽然满足主变容 量0 1 0 3 倍的要求，但是随着特高压交、直流 人湘工程 的建设及投运 ，将无法满足受端电网无功 电压运行要求。 2 无功电压管理流程 为确保电网安全稳定运行，使电压质量合格 ， 必须充分利用各种技术手段、管理手段，双管齐 下，做好无功平衡计算、实时电压监控调整、电压 数据统计分析等各项工作。省调各部门无功电压全 方位管理流程如图1 。 图1 省调无功管理流程 2 1 无功分层分区平衡计算 按照电网无功功率 “ 分层分区，就地平衡” 的原则，必须按照调度管辖范围，定期开展无功功 率分层分区平衡计算工作。通过计算可以对全网无 1 3 4 功平衡情况有个大致的判断。 计算原则如下 ： ( 1 )分别在年预计最大负荷及年预计最小负 荷下计算感性无功功率平衡及容性无功功率平衡情 况 ； ( 2 )按照无功分区就地平衡原则，计算无功 分区平衡时，各地区2 2 0 k V电网之间不考虑无功 交换 ； ( 3 )根据 电力系统 电压和无功电力技术导 则 ( 试行) ，地区 2 2 0 k V电网的最大自然无功负 荷系数 取 1 4左 右 ，则 2 2 0 k V 电网 的无 功损 耗 ( 包括2 2 0 k V线路以及2 2 0 k V变压器的无功损耗) 可按最大有功负荷的0 1 5 倍考虑； ( 4 )发电机迟相运行时，功率因数一律按0 9 计算；发电机进相运行时，按照试验得到的最大进 相能力计算。 2 0 1 1 年湖南电网2 2 0 k V层面无功功率平衡情 况如表 1 所示。 表 1 2 0 1 1年湖南电网无功平衡表 M v a r 2 2 省地一体化 AVC系统 按照 “ 无功功率分层平衡”基本原则以及现 行的无功管理模式，A V C系统可根据实际情况采 用网、省、地三级协调控制方式，结构图如图2 。 A V C系统的总体 目标是利用 S C A D _A_ E M S系 统的实时信息，在线分析电网的电压无功运行状 况，在此基础上给出相应的电压无功调整策略，从 而使电网尽可能地保持在最优无功运行状态或附 近，使无功功率在尽量小的范围内平衡，达到提高 电压合格率，降低电网能量损耗等 目的。具体目标 包括 ： ( 1 )提高电压合格率，保证 电网及设备的运 行安全性； ( 2 )降低有功网损，提高电网运行的经济性； ( 3 )避免变压器分接头、无功补偿装置的频 繁调节 ； 第3 1 卷增刊 1 杨丹：无功电压全过程全方位管理探讨 2 0 1 1 年 5月 网i a l A v c 主站 5 0 O k g 主变荚 J 功率 数 省谰A V C 主站 2 2 0 k v 9 2 关口 功 率 因 数I l 母 线电 联 l f 电 厂高 压 侧 地蠲A V C 主站 I l 省调赢调电厂 2 2 0 k V 变电站 I l l 1 0 k V 变电站 图 2 网省地三级协调 A V C系统结构 ( 4 )避免机组长时间深度进相运行； ( 5 )保证控制的平稳性。 采用省地一体化的多级调度协调控制的 A V C 系统能够充分利用到各个电压等级的无功设备，相 对于传统的单级调度 A V C系统而言，无功优化更 为合理，调整更为精细。 长沙地调与省调 A V C系统实现协调控制后， 调度员每日平均遥控次数约5 O次，相对于 A V C投 运前下降约 8 0 ；同时，A类电压合格率也大大 提高。 2 3 发供 电企业考核 2 0 1 0 年开始，湖南省电力公司按照华中电监 局颁发的 2个细则对并网电厂进行考核和补偿。 2 0 0 6年，湖南省电力公司下发了 湖南电网负荷 预测及 2 2 0 k V电压指标考核细则 ，根据各电业局 电压合格率进行相应的奖罚。 通过考核，提高了发、供电企业对无功电压管 理的重视程度， 考核点电压合格率稳步上升。 3 特高压工程对无功电压控制要求 3 1 特高压交流电压控制要求 输电电压水平越高，其无功平衡及电压控制对 电网安全运行的影响越为突出。特高压交流工程运 行初期，由于联系薄弱， 调节能力有限，加之联络 线波动等因素的影响，无功和电压问题比较突出。 按照特高压交流设备运行要求，1 0 0 0 k V母线 电压必须控制在 l 0 0 0 1 1 0 0 k V，而目前尚没有直 接接入 l 0 0 0 k V电网的发电机组，特高压电网电压 调整完全依赖特高压变电站近区5 0 0 k V电网进行 调节 。 国调下发的 特高压交流互联电网稳定及无 功电压调度运行规定 中，对华中、华北特高压 近区及部分重要 5 0 0 k V华中、华北特高压近区及 部分重要 5 0 0 k V变电站的电压运行范围变电站的 电压运行范围都做出了明确规定 ，如表 2 所示。 表 2 5 0 0 k V变电站的电压运行范围 特高压联络线潮流 万 k W 荆门站5 0 0 k V 长治站5 0 0 k V ( 北送为 + 南送为 一) 母线电压范围 k V 母线电压范围 k V 考虑到特高压联络线不同输送功率下的无功控 制要求，各网、省调也需要根据其输送功率严格控 制5 0 0 k V华中、华北特高压近区及部分重要 5 0 0 k V变电站的电压运行范围变电站运行电压。 3 2 特高压直流电压控制要求 特高压直流系统满载运行时换流器消耗的无功 功率达到最大值，约为额定有功功率的 4 0 一 6 0 ， 换流站装设的无功补偿容量必须满足这一要 求。但当直流系统轻载运行时，换流器消耗的无功 功率急剧减小 ，如果滤波器补偿的无功功率不变， 则换流站过剩的无功功率将流人交流系统，造成换 流站交流母线电压升高。因此，必须实时有效地控 制滤波器的投切，使直流系统在各种运行条件下， 换流站交流母线的电压能保持在要求的范围以内， 或换流站与交流系统之间交换的无功功率能保持在 给定的范围之内 】 。反之，实时控制交流系统的 运行电压才能保证直流系统的稳定运行。 4 无功电压全方位全过程管理思路 由于无功电压涉及电网规划、建设、生产、运 行、维护等全部电力生产环节，也关系到发电、输 变电、配电、用电等各个部门，必须按照全过程全 方位的原则进行无功电压管理工作。 4 1 无功补偿配置规划 “ 十二五”期间，特高压交、直流都将落点湖 南电网。随着近年来负荷的增长，湖南电网的受端 电网特性 日益 明显。 ( 1 )作为大受端电网，运行时必须考虑发电 力率控制在 0 9 5倍的发电动态无功储备，电网无 功缺乏的部分，则必须由无功补偿装置来补足。传 统的按照主变容量的 1 2 左右配置无功补偿装置 已不能满足受端电网的要求，必须考虑一定的静态 无功备用。建议按主变容量的0 3倍左右配置无功 补偿装置才能满足电网发展的需要。 1 3 5 第 3 l卷增刊 1 湖南电力 2 0 1 1 年 5月 ( 2 )要充分考虑电网电压稳定的问题，必须 有计划地在电网中配置动态无功电源，如调相机、 S V C ，s 1 IA T C O M等大容量无功设备。当电网受 电 比率超过 4 0 的情况下，电网中必须配置一定容 量的动态无功电源，以提高事故情况下无功电压的 支撑能力 。 ( 3 )为了充分利用 A V C ，尽量使无功功率达 到最优分布，建议增加电网中可控无功补偿装置的 配置容量。考虑在部分变电站低压侧配置 M C R， 可以与已有的并联电容器配合进行连续无功功率调 节。5 0 0 k V长线路建议在线路两端对称配置高压 并联电抗器，优化5 0 0 k V线路无功潮流，减少5 0 0 k V主变损耗 。 ( 4 )合理利用发电机组的调相作用，确保系 统电压稳定。建议规划中的发电大机组额定功率因 数必须达到 0 8 5的运行要求。对末端电网并网的 机组进行技术改造，使之具备调相运行功能，提高 系统的动态无功支撑 。 4 2 无功设备运行维护 由于无功设备的运行状况与电网电压调整息息 相关，必须协调好无功设备管理和电压管理。因 此 ，无功设备管理部门与无功电压管理单位需要密 切配合。一方面，管理部门及时了解无功设备的健 康状况，并提出处理要求及应急措施；另一方面， 根据电压运行情况合理安排无功设备的检修，对于 影响电压质量的设备缺陷优先处理。 1 3 6 5 结束语 随着负荷增长，湖南电网受端特性 日 益明显。 “ 十二五”期间，特高压交、直流都将落点湖南电 网，无功电压管理面临着新的挑战。必须按照全过 程全方位的思路进行无功管理。考虑特高压工程需 要， 按照受端电网特性合理进行无功规划及改造， 充分利用 A V C等技术手段进行电压实时调整控制， 考核督促各发供电企业参与调压，做好无功设备的 运行维护工作。 参考文献 1 唐晓骏，张文朝南阳变建成对特高压及河南电网的影响 ( J 】 电力系统及其自动化学报， 2 0 0 9 ， 2 1( 6 ) ：6 2 6 7 ( 2 】国家电力调度通信中心调运