（电力系统及其自动化专业论文）北京电网无功平衡分析与在线电压安全评估系统研究.pdf

华北电力人学硕士学位论文 摘要 根据北京电网、上海电网年度运行方式报告，北京电网无功设备相关统计数据，结合电网 规划理论与国内外电网规划运行、电网分层分区经验，通过对北京、上海网架结构、电网分层 分区、无功平衡现状及存在问题等情况进行深入分析，提出了北京电网无功平衡策略和具体应 对措施。随后介绍了一种安装在电力系统控制中心的实时应用系统d s a s ( d y n a m i cs e c u r i t y a s s e s s m e n ts y s t e m 动态安全评估系统) 在北京电网调度机构中的建设情况，从系统架构、硬 件配置、应用功能多方面进行了较为深入的阐述，并从电网潮流和电压安全的角度对该系统及 其辅助评估工具在北京电网运行控制中的应用进行了深入分析。 关键词：电力系统，电网规划，电网分层分区，实时，调度，安全评估 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ea n n u a lm e t h o do fo p e r a t i o n sr e p o r ta b o u tp o w e rs y s t e mo fs h a n g h a ia n db e i j i n g 。a u t h o r c o m b i n e st h et r u s ss t r u c t u r eo fp o w e rs y s t e ma n dt h et h e o r yo ft h ep l a n n i n ga b o u td o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a le l e c t r i cw i r en e t t i n ga n dt h ee x p e r i e n c eo fp l a n n i n g t h r o u g hu t i l i z i n gt h es i t u a t i o nt oa n a l y s e t ot h ee l e c t r i cw i r en e t t i n gg r i ds t r u c t u r e p o w e ro v e r a l la r r a n g e m e n t e q u i p m e n ti nb e i j i n g 。s h a n g h a i 。 a c c o r d i n gt ot h ep l a no fp o w e rs y s t e m ，t h ec o n s t r u c t i o no fp o w e rs y s t e m ，d i s p a t c h i n go fp o w e rn e t w o k s s y s t e m a t i co r g a n i z a t i o n a ls y s t e m p o w e rs y s t e m sd c l a m i n a t i o na n ds u b a r e a 。i d l ew o r kb a l a n c e st a c t i c s ， e t c ；a u t h o rm a k e sac o n c r e t ea n a l y s i s a u t h o rp u t sf o r w a r do w ns o m eo p i n i o na b o u tp o w e rs y s t e m d e l a m i n a t i o na n dd i s t r i c t i o n 。a n do r g a n i ca d j u s t m e n t ，p o w e rs y s t e m sp l a n n i n g ，a n dg e ts o m ef e a s i b l e s u g g e s t i o n s t h ec o n s t r u c t i o np r o c e s so fd s a s ( d y n a m i cs e c u r i t ya s s e s s m e n ts y s t e m ) i nb e i j i n gg r i d d i s p a t c hi n s t i t u t i o ni sp r o d u c e d 。a n da l s o t h ee x a m p l e sa p p l i e di nb e i j i n gg r i do p e r a t i o nc o n t r o lo ft h i s s y s t e ma n di t sa s s i s t a n ta s s e s s m e n tt o o l sa r ea n a l y z e df r o mt h ea s p e n so fp o w e rf l o wa n dv o l t a g e s e c u r i t y l i ur u n s h e n g d i r e c t e db yp r o f z h a n gj i a n h u a 华北电力大学硕上学位论文 k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ：p o w e rs y s t e md i s p a t c h i n g ；c o n t r o lc e n t e r ；p o w e rs y s t e m p r o g r a m i n g ；p o w e rs y s t e md e l a m i n a t i o na n ds u a r e a ：r e a l t i m e ，d i s p a t c h ，s e c u r i t ya s s e s s m e n 华北电力大学硕上学位论文 p 士= l明明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文北京电网无功平衡分析与在线电压安 全评估系统研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 量! i ! 固丝 日期：础。主：f 9 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：垒l 委曼生导师签名： e t期：查煎：! ：! o日期：尘遂：主! l 砂 华北电力大学硕士学位论文 第一章 引言 1 1 选题背景及其意义 电压过高、过低或偏离一定范围都会影响用电设备的寿命和效率。特别是电压 崩溃，曾导致国内外许多电力系统丢失负荷甚至大面积停电的事故屡见不鲜，造成 了巨大的经济损失。而近十年来，世界范围内先后发生数次震惊世界的大停电事故， 从而引出了大范围内对电网无功平衡、在线电压安全评估系统研究等相关问题的讨 论。 据分析，电压崩溃的根本原因在于电力系统无功补偿严重不足，对无功和电压 问题没有给予充分重视，这就要求在电网规划和运行中必须重视无功电源配置和枢 纽电压支撑，以防止电压崩溃。另一方面，无功功率在系统中流动，不仅要损耗有 功功率、占用输电线路和设备的容量，而且在线路上要产生电压降落，影响电压质 量和电力系统的稳定性，这就要求在电网规划和运行中，必须控制无功功率，限制 其在系统中的流动。 然而，长期以来，由于受到设备技术水平、管理水平及财力物力的限制，我国 配电网无功调节存在一些问题，主要表现一、系统无功补偿容量不足或分布不合理， 致使某些负荷中心地区电压水平偏低、稳定性差、损耗大二、系统调压手段缺乏或 不合理，致使系统在高峰负荷时电压偏低，低谷负荷时电压偏高。 随着北京电网的发展，电网逐步扩张，电力负荷快速增长，电网、发电厂以及 单机容量也越来越大，电网覆盖的地理面积在不断扩大。北京电网在规划、建设、 运行的过程中也将面临一系列新的问题。同时，由于受北京特殊的地理位置、政治 地位、城市定位等诸多因素影响，致使本地电源严重不足，全网2 3 以上负荷依靠 外送。要保证系统的稳定和优良的电能质量，就必须解决远距离输电、电压调节及 无功补偿等问题。 因此，笔者根据北京电网年度运行方式报告、北京电网无功补偿设备清查报告 等文献资料，结合电网规划理论与国内外电网规划运行、电网分层分区经验，从电 网规划、电网建设、电网无功分层分区平衡、无功设备运行可行性等方面，对北京 电网无功平衡问题进行了研究。 北京电网作为京津唐( 北京一天津一唐山) 电网的枢纽，由于从区外受电比例过 高，因而在线监测和分析北京电网的电压稳定问题显得尤其迫切。在实际工作中笔者 主持应用d s ap o w e r t o o l s 软件建立了在线电压安全评估系统对北京电网进行在线 电压安全评估。它具有电压安全评估、故障筛选、确定预防控制措施、离线分析等 电压安全评估功能，在此基础上开发了一个面向北京电网的数据接口程序和系统计 算结果的w e b 浏览功能。北京电网的实际投运情况表明，整个系统的运行情况良好， 实现了全部电压安全评估功能，还可通过数据接1 3 程序实现用户交互故障设置和输 l 华北电力大学硕十学位论文 入数据文件编辑等功能，并可利用w e b 更快速、直观地浏览计算分析结果。 1 2 国内外研究动态 针对电网无功平衡分析及在线电压评估系统方面的文献n _ 2 1 较多，但由于时间、 空间的限制各地区所选取无功平衡分析角度各有不同、各具特色，同时在线评估系 统建设也处于探索过程中，因此仔细研究不同地区的相关资料就成为一项值得我们 重视的工作。 文献 1 全书在对电力系统深入研究的基础上结合了作者丰富的实践经验，本 书对电网规划、建设提出了极具参考价值的意见；文献 2 从大电网运行的实际出 发，对电网电压稳定相关分析方法进行了详细的对比和分析；文献 3 是i e e e c i g r e 发布的电网稳定定义及分类文献，对各类电网稳定概念进行了详细定义和分类；文 献 4 介绍了一种电压稳定动态数字评估分析方法；文献 5 结提出了一种电压稳定 动态数字改进模型；文献 6 提出了一整套在线安全稳定评估及决策技术，以及相 关解决措施；文献 7 分析了电压失稳现象，并提出相关模型；文献 8 从整体上提 出了电压失稳控制策略；文献 9 提出了将连续潮流应用于电压稳定性分析，并提 出了相关的应用模式；文献 1 0 提出了一种静态电压稳定临界点的识别方法，并针 对此临界点提出了相应的算法； 1 1 提出了将w i n d o w s9 8 n t 下的f a s t e s t - n a r i 暂态稳定分析软件包在实际系统中的开发和应用；文献 1 2 提出了一种在线电压稳 定评估与控制系统的设计的思路和开发的方向；文献 1 3 提出了电压稳定分析的 改进连续潮流算法；文献 1 4 动态电力系统的理论和分析作为国内重要的动态分 析论述对国内动态电力系统的分析具有重要参考作用；文献 1 5 总结了福建电网在 线电压稳定监视和控制系统研制和开发中经验和不足；文献 1 6 是关于北京电网 无功设备配置分析，存在问题分析的专业性文献，对了解北京电网现状有着现实意 义；文献 1 7 从北美大停电事故的出发，详述了事故的起因、发展和造成的直接 后果，并对此次事故的进行了深入的分析，阐述了特大型电网运行的问题和薄弱环 节；文献e 1 8 从大电网运行的实际和北美电网事故出发，详述了电网调度系统与 电网运行的唇齿相望的关系，并指出了电网调度系统急需解决的一系列问题；文献 1 9 2 0 针对华北电网、京津塘电网的多年运行情况的追踪分析，对分析华北电网、 京津塘电网发展脉络、电网无功规划思路都有十分重要的价值；文献 2 1 是关于北 京电网无功设备配置分析，存在问题分析的专业性文献，对了解北京电网现状有着 现实意义；文献 2 2 是对多年来上海电网规划、设计经验的总结和梳理，对深入了 解城市电网规划、运行有着及其现实的意义；文献 2 3 是国内关于电能质量的重要 文献，对电能质量来源、发生机理、面临问题及解决途径进行详细的论述，对深入 认识电能质量问题有十分积极的意义；文献 2 4 提出一种基于电网运行模式的无功 电压优化调度研究方法，对指导无功配置和控制具有参考意义；文献 2 5 提出了电 2 华北电力大学硕士学位论文 力系统紧急无功补偿调控的概念和控制模式，对深入理解电力系统紧急无功补偿有 积极的参考意义：文献 2 6 - 3 0 均为对电力系统电压稳定性在理论方面进行的深入 分析，对深入理解失稳问题有积极的指导意义；文献 3 1 是国内对电力系统安全稳 定导则定义的规范性文件；文献 3 2 - 3 5 为国内外在电力系统电压稳定性方面进行 的理论和在监测系统建设方面实际探索总结。 1 3 课题研究内容 结合各类材料，本次课题研究包含以下内容： 北京电网设备运行概况； 北京电网运行方式； 北京电网无功补偿设备现状和运行管理情况； 正常运行方式与事故情况下存在问题； 北京电网在线电压安全评估系统的研制、开发。 华北电力大学硕士学位论文 第二章北京电网无功补偿现状 2 1 北京电网无功补偿设备基本情况 截止2 0 0 5 年底，北京电力公司系统已投入运行的3 5 k v 及以上变电站并联电容 器组总计8 8 5 组，容量5 3 7 5 1 5 m v a r ，并联电抗器组总计3 6 组，容量2 9 9 m v a r ；l o k v 及以下配电网低压无功补偿设备1 5 2 8 9 台，容量1 5 6 6 5 0 6 m v a r 。公司各电压等级无 功补偿设备基本情况按表2 1 统计。图2 一l 为公司系统各电压等级容性无功补偿 设备比较情况。 公司所辖电力用户无功补偿设备总容量为5 7 2 1 3 3 m v a r ，与2 0 0 4 同期比新增 2 2 0 3 3 8 m v a r 。 表2 1 公司系统各电压等级无功补偿设备基本情况统计表单位：m v a r 电 2 0 0 5 年2 0 0 4 年同期比 压 感性无 容性无功 感性无 容性无功 感性无 容性无功 等 功补偿 补偿设备 功补偿 补偿设备 功补偿 补偿设备 级 设备设备设备 组容组容组容组 k v 组数容量组数容量容量 数量数 且 数 旦 数里里 2 92 5 2 2 0 3 323 1 52 4 8 3 2 4 42 9 6 3 0 02 3 5 9 1 8 2 4 3 61 51 2 4 0 6 2 l1 0374 2 52 5 8 8 1 6 6373 6 32 2 3 3 4 4 8o06 23 5 4 7 1 8 3 51 4 53 0 3 7 41 4 12 9 4 9 6 448 7 7 6 l o 1 5 2 8 9l5 6 6 5 0 6 1 3 9 4 8 1 7 0 3 1 2 91 3 4 11 3 6 6 2 3 厶 2 92 6 口 计 3 691 6 1 7 46 9 4 1 。6 5 63 23 1 4 7 5 2 6 5 9 0 。7 2 343 61 4 2 23 5 0 9 3 3 公司系统无功补偿设备与2 0 0 4 年比较，有较大幅度增加，其中2 2 0 k v 、1 l o k v 等级增幅最大，分别为1 2 4 0 6 2 m v a r 、3 5 4 7 1 8 m v a r ，3 5k v 与去年同期持平。而l o k v 配电网的无功补偿设备却有明显下降，减少1 3 6 6 2 3 m v a r 。 4 牛| t , o , l j 人学埘ii ：学位论文 公司系统各电压等级无功补偿设备情况 2 5 01 j 置 电压等级( k v ) 翔8 牙军 图2 一l 公司系统各电压等级容性无功补偿设备比较情况 2 2 北京电网无功补偿设备分布情况及分析 2 2 1 容性无功补偿设备 2 2 - 1 13 5k v 及以上变电站并联电容器组 截止2 0 0 5 年底，公司系统3 5 k v 及以上变电站并联电容器容量为5 3 7 5 1 5m v a r ， 占所有主变压器容量的1 5 1 6 。基本满足国家电| j i 】9 电力系统无功补偿配咒技术原 则的要求。表为3 5 k v 及以上变电站并联电容器配置情况统汁。 表2 23 5 k v 及以 ：变电站并联电容器配置情况表单位：m v a ，m v a r 2 2 0 k v 变电站 1 l o k v 变i u 站3 5 k v 变电站 单位 土变容 电容器比例土变容电容器比例士变容电容器比例 鬣弈鲑( ) il 容城 ( ) 鲑弈簧 ( ) i r 变电公司1 6 1 0 02 4 8 3 2 4 41 5 4 24 1 93 2 0 6 47 6 5 3 4 8 8 3 城区公司 3 1 5 01 1 0 74 01 0 0 0 22 5 o l 5 朗同i 公r 1 1 3 1 5 44 9 4 0 21 5 6 61 3 01 6 0 3 21 2 3 3 4 3 5 5 3 海淀公1 = 】 2 7 1 2 51 6 0 64 01 02 5 0 0 4 2 3 5 3 9 丰台公司 1 6 1 7 51 4 5 56 0 1 2 7 22 1 2 0 8 彳i 景i l j 公- d 2 8 04 6 8 8 41 6 7 4 亦庀公，1 3 5 6 5 4 1 6 2l5 2 1 、lj-v、j、1j p l 0 0 0 吣 跚 咄 锹 c 、厶 1 1 量甜容 。严北i 乜力人学颂i ：学位论文 1 5 i 2 2 通州公i 刁 9 4 9 51 5 9 32 0 8 5 54 5 4 1 42 1 7 8 4 1 3 3 5 9 昌平公司8 4 51 5 8 l 1 6 3 92 1 0 2 41 2 8 3 6 门头沟公吲 2 6 33 0 0 2 61 1 4 26 8 91 2 61 8 2 9 房山公司9 6 9 1 3 2 9 31 3 7 2l l l - 9 52 2 52 0 1 0 火兴公司 7 6 3 51 1 6 9 71 5 3 21 4 2 93 4 52 4 1 4 平谷公司3 3 26 2 8 7 41 8 9 41 1 5 5 2 7 4 82 3 7 9 怀柔公司 3 5 25 4 1 0 81 5 3 75 4 7 55 49 8 6 密云公司 3 4 7 55 2 0 8 61 4 9 91 9 8 52 8 2 1 61 4 2 1 1 8 1 0 3 顺义公司 1 0 8 6 51 6 6 62 0 1 5 54 4 9 5 22 2 3 0 2 延庆公司 1 6 62 6 4 2 31 5 9 26 4 5 51 2 91 9 9 8 2 5 8 8 1 61 6 0 1 0 合计1 6 1 0 02 4 8 3 2 4 41 5 4 21 7 7 6 31 4 5 73 0 3 7 41 8 9 7 6 5 备注：城区供电公司简称为城区公司，其他供电公司同理 2 2 0 k v 变电站安装容性无功补偿设备2 4 8 3 2 4 4 m v a r ，占主变容量的1 5 4 2 0 5 ， 与2 0 0 4 年同期比减少了0 1 9 个百分点，ll o k y 变电站安装容性无功补偿设备 2 5 8 8 1 6 6 m v a r ，占主变容量的1 4 5 7 0 5 ，与去年同期比减少了0 0 6 个百分点；3 5 k v 变电站安装容性无功补偿设备3 0 3 7 4 m v a r ，占主变容量的1 8 9 7 0 5 ，与2 0 0 4 年闻期 比减少了0 4 7 个百分点。图2 2 为2 0 0 4 - 2 0 0 5 年并联电容器占主变压器容量比例 情况。 图2 2 各j e i f 等级并联 乜弈器i j j ；i t 变j 丘器比例情况 6 华北电力大学硕士学位论文 从上图看出，各电压等级并联电容器占主变压器的比例比去年有定的降低， 说明在电网建设和改造中，无功补偿设备的配置工作没有给予足够的重视，无功补 偿设备的配置滞后于电网建设，这种情况会逐步造成负荷中心区受端电网无功补偿 容量缺额增加，无功备用容量紧缺，不利于电网电压质量的控制和无功平衡的调节。 从各地区变电站无功补偿设备分布情况看，2 2 0k v 变电站比例高于1 0 的要求， 基本满足2 2 0k v 电压层面的无功补偿，ll o k v 、3 5 k v 变电站无功配置基本在1 5 的下限左右，其中1 1 0k v 电压等级城区、丰台、门头沟、房山、密云供电公司低 于下限1 5 的要求，3 5k v 电压等级朝阳、昌平、怀柔、密云供电公司低于下限1 5 的要求。图2 3 、2 4 为1 1 0 、3 5k v 变电站并联电容器占主变压器比例分布情况。 图2 43 5 k v 变电站并联电容器占主变压器容量比例情况 7 华北电力人学硕士学位论文 2 2 1 21 0 k y 及以下配电网无功补偿设备 公司系统l o k v 及以下配电网无功补偿设备共分为两类，一类是低压电容器柜 ( 安装在配电室低压侧) ，一类是低压无功补偿箱( 安装在l o k v 线路公用变低压侧) 。 截止2 0 0 5 年底，公司系统l o k v 及以下配电网无功补偿设备共安装1 5 2 8 9 台， 容量1 5 6 6 5 0 6m v a r 。其中低压电容器柜有6 0 6 1 面，容量1 1 3 3 4 1 4 m v a r ；低压无 功补偿补偿箱有9 2 2 8 台，容量4 3 3 0 9 2m v a r 。表2 3 为公司系统l o k v 及以下配 电网无功补偿设备情况统计。 表2 3l o k v 及以下配电网无功补偿设备情况表 低压电容器柜低压无功补偿箱合 计 单位 数量容量数量容量数量容量 ( 面)( m v a r )( 台)( j v a r )( 台)( m v a r ) 城区公司 1 0 6 72 3 2 2 1 89 8 48 8 5 6 02 0 5 l3 2 0 7 7 8 朝阳公司 1 7 4 23 7 5 7 3 64 2 23 3 1 2 42 1 6 4 4 0 8 8 6 0 海淀公司7 1 71 4 6 0 7 64 9 02 7 9 1 5 1 2 0 71 7 3 9 9 1 丰台公司 9 8 91 6 8 7 7 33 7 93 4 1 1 01 3 6 82 0 2 8 8 3 石景山公司2 9 65 1 1 3 87 74 6 2 03 7 35 5 7 5 8 亦庄公司 1 84 7 0 01 84 7 0 0 通州公司 8 l1 0 。2 6 09 4 03 5 5 0 51 0 2 14 5 7 6 5 昌平公司1 3 71 2 3 3 95 7 82 4 4 1 0 7 1 53 6 7 4 9 门头沟公司 1 8 61 4 3 3 53 8 2 1 3 0 3 0 5 6 82 7 3 6 5 房山公司 8 31 4 0 8 01 1 2 13 9 1 2 l1 2 舛5 3 2 0 1 大兴公司1 6 42 7 9 7 15 3 51 8 8 0 4 6 9 9 4 6 7 7 5 平谷公司 81 2 0 01 2 3 54 2 4 9 81 2 4 34 3 6 9 8 怀柔公司 1 6 22 4 3 4 03 3 31 2 8 1 04 9 53 7 1 5 0 密云公司2 4 52 7 3 2 3 4 3 31 3 9 7 56 7 84 1 2 9 8 顺义公司 3 34 5 0 89 6 33 2 0 7 09 9 63 6 5 7 8 延庆公司 1 3 31 8 4 1 73 5 61 2 5 4 04 8 93 0 9 5 7 合计6 0 6 l1 1 3 3 4 1 49 2 2 84 3 3 0 9 2 1 5 2 8 9l5 6 6 5 0 6 备注：城区供电公司简称为城区公司，其他供电公司同理 由于城近和郊县供电公司配电网差异较大，市区内电缆网规模较大，建设有大 量的配电室，因此配电室( 箱变) 的低压电容器主要分布在城近几个公司，城区、 朝阳、海淀、丰台等城近5 个供电公司共安装4 8 1 1 台，容量9 7 3 9 4 1m v a r ，占总台 牛北j u 力人学坝i j 学位论文 数7 9 3 8 ，占总容量8 5 9 3 。图2 5 为配电窒( 箱变) 安装的低j f i 无功补偿设备 容量的分布情况。 安装低j k l 乜容器柜台数百分比 安装低爪电容器容靛百分比 一 麓茜箩 舔孽甄藜赫 嗡乡 图2 5 配电室( 箱变) 安装的低压无功补偿设备的分柿情况 而低压无功补偿箱主要分布在通州等1 0 个郊县供电公司，共安装6 8 7 6 台，容 量2 4 4 7 6 3m v a r ，占总台数7 4 5 2 ，占总容量5 6 5 2 。图2 6 为l o k v 线路公变安 装的低压无功补偿设备容量的分布情况。 安装低压无功补偿篇弁数盯分比 女装低j k 光功补偿箱容 。t 1 ，f 分比 一戮譬；：。j 一 图2 6l o k v 线路公变安装的低压无功补偿设备的分布情况 2 2 1 3 电力用户无功补偿设备 截i i ：2 0 0 5 年底，公州所辖电力h j 户共安装电容器容量足5 7 2 1 3 3m v a r ，。2 0 0 4 9 华北电力人学硕上学位论文 年同期比新增2 2 0 3 3 8 m v a r ，其中3 5 k v 及以上电压等级的用户安装电容器容量 6 4 1 3m v a r ，与2 0 0 4 年同期比新增1 4 9 4 8 4m v a r ，l o k v 用户安装电容器容量 5 0 8 0 0 3m v a r ，与2 0 0 4 年同期比新增2 0 5 3 9m v a r 。 分析电力用户新增电容器容量较大有以下三个方面的原因。一是严格执行考核 制度，解决历史欠帐问题。完善了电力用户功率因数考核方法，促使一部分功率因 数不达标的用户新增了电容器的工作。二是严格执行配置原则不欠新帐。对新发电 或增容的电力用户严格按照电力系统无功补偿配置原则要求安装电容器。三是清查 工作收到成效。以往有些单位对用户无功补偿设备的监察和统计力度不够，造成一 些单位用户电容器资料不全，数据不能及时更新、完善，各单位以此次全面清查工 作为契机，完善了用户电容器的基础数据。表2 4 为公司所辖电力用户无功补偿 设备情况统计情况。图七是3 5 k v 及以上电压等级的用户和l o k v 用户安装电容器容 量的比例情况。 表2 4 公司所辖电力用户无功补偿设备情况统计表 2 0 0 5 年2 0 0 4 年同期比 3 5 k v 及3 5 k v 及3 5 k v 及 单位l o k v 小计 l o k v 小计l o k v小计 以上以上以上 ( m v a r )( m v a r )( m v a r )( m v a r )( m v a r )( m v a r ) ( m v a r )( m v a r )( m v a r ) 1 2 3 5 2 城区公司1 2 3 5 2 7 4 1 2 9 64 1 2 9 6 0 0 08 2 2 3 28 2 2 3 2 7 朝阳公司 9 9 o o9 5 2 7 61 0 5 1 7 67 1 0 48 1 5 1 88 8 6 2 22 7 9 61 3 7 5 9 1 6 5 5 5 海淀公司3 5 2 97 5 2 8 97 8 8 1 93 5 2 94 3 4 6 64 6 9 9 5o 0 03 1 8 2 43 1 8 2 4 丰台公司4 3 9 33 3 1 4 53 7 5 3 84 3 9 31 2 8 0 31 7 1 9 60 o o2 0 3 4 22 0 3 4 2 石景山公司1 0 2 3 27 0 7 51 7 3 0 71 0 2 2 53 4 5 91 3 6 8 40 0 73 6 1 63 6 2 3 亦庄公司2 1 5 21 6 7 9 41 8 9 4 58 4 5 58 4 5 52 1 5 28 3 3 81 0 4 9 0 通州公司 1 7 8 82 5 9 5 52 7 7 4 31 7 8 81 5 8 9 11 7 6 7 90 o o 1 0 0 6 51 0 0 6 5 昌平公司5 1 0 24 2 1 9 84 7 3 0 03 7 8 73 0 9 1 73 4 7 0 31 3 1 51 1 2 8 l1 2 5 9 6 门头沟公司3 8 3 56 3 8 l1 0 2 1 62 5 9 02 7 8 95 3 7 91 2 4 53 5 9 34 8 3 7 房山公司 1 2 4 7 32 9 0 01 5 3 7 39 3 8 90 0 09 3 8 9 3 0 8 42 9 0 05 9 8 4 大兴公司1 4 0 63 1 0 0 53 2 4 1 l1 4 0 63 0 0 5 63 1 4 6 lo 0 09 4 99 4 9 平谷公司4 2 07 1 2 77 5 4 7 4 2 0 6 0 3 96 4 5 9o 0 01 0 8 8l o 8 8 怀柔公司 1 8 1 21 1 2 5 l1 3 0 6 31 8 1 28 9 9 41 0 8 0 6o 0 0 2 2 5 72 2 5 7 密云公司4 o o6 1 1 66 5 1 63 4 09 6 2 99 9 6 9o 6 03 5 1 23 4 5 2 顺义公司5 9 9 91 9 8 4 82 5 8 4 71 7 1 03 0 0 24 7 1 l4 2 9 01 6 8 4 62 1 1 3 6 延庆公司 6 9 04 1 1 64 8 0 56 9 0 4 3 0 24 9 9 l0 0 01 8 61 8 6 l o 卑北i u 力人学硕l ：学位论文 备注：城区供电公司简称为城区公司，其他供电公司同理 2 0 0 5 同5k v ) a 咚息童，“v 客j 、乜容器比新增客，1 l 【l 容器比例情况 例情况 9 ”。”。”。 国叫b l o k 、j ，州。固 图2 73 5 k v 及以上电压等级的用户和l o k v 用户安装电容器容餐的比例情况 从图2 7 看出：2 0 0 5 年电力川、无功补偿设备足以l o k v 电力用户安装的电 容器为主，占总容量的8 8 7 9 。而比去年同期新增电力用户电容器的9 3 2 2 均为 l o k v 电力用户电容器。 2 2 2 感性无功补偿设备 截止2 0 0 5 年底，公司系统安装了3 6 组l o k v 并联电抗器，容量足2 9 9m v a r ， 与3 一一4 年同期比新增4 组，容量3 6m v a r 。分别安装在朝阳门、西直门、王府井、 长椿街、西大望2 2 0 k v 变电站和新街口、石门营ll o k v 变电站。表2 5 为公司系 统l o k v 并联电抗器情况统计。 表2 5 公司系统l o k v 并联l 乜抗器统计表 序 站电 变电组容量 压运行币位电抗器型号 号站数( m v a r ) ( k v ) l2 2 0朝阳门变电公司b k s c 6 0 0 0 1042 4 22 2 0王府井变电公司b k s c 6 0 0 0 l063 6 32 2 0两直门变电公司b k s c 8 0 0 0 1086 4 42 2 0西大望变i 乜公州b k s c 6 0 0 0 109l0 8 2 2 0长椿街变电公司b k s c 5 0 0 0 1066 00 6l l0新街城区公州n k s ll3 7 1 1 0秭l1 汽门头沟公司b k g k l 2 0 0 0 lo w24 符注：城区供电公；d 简称为城区公州，其他供i u 公r jh 理 华北电力人学硕士学位论文 第三章北京电网无功平衡策略研究 3 0前言 随着社会的发展，国民经济水平的日益提高，电能已成为人类生活和社会活动 中应用范围最广、与现代社会紧贴最近、与人们生活质量影响最大的一种能源。随 着北京电力公司的跨越式发展，电网逐步扩张，电力负荷快速增长，电网、发电厂 以及单机容量也越来越大，电网覆盖的地理面积在不断扩大。但是，由于受北京特 殊的地理位置、政治地位、城市定位等诸多因素影响，致使本地电源严重不足，全 网2 3 以上负荷依靠外送。要保证系统的稳定和优良的电能质量，就必须解决远距 离输电、电压调节及无功补偿等问题。 电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、 线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。 无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，可以说， 电压问题本质上就是无功问题。因此解决好北京地区无功平衡问题就具有十分重要 的意义。 本章以北京电网各类基础数据、方式分析报告及各类专业报告为基础，结合对 电网无功平衡问题的认识，从北京电网现状和存在问题入手，从电网运行、电网专 业管理层面对现实问题进行了分析，从技术层面、管理层面提出了关于北京电网无 功平衡策略。希望本文能为各位专家和领导提供一些可供参考的意见。 3 1 电网无功平衡策略研究方向 电能由发电厂送到用户需要输电、变电和配电等环节，当电流通过这些环节的 时候要产生有功和无功损耗，损耗和用户总用电量就为系统的总损耗。而无功电源 的配置和分配又对电力系统电能质量又有着不可忽视的影响，因此对电网无功平衡 策略的研究在某种程度上就是对系统经济运行方式、电网安全稳定运行水平的研 究。 在现代大电网中，随着电力系统联网容量的增大和输电电压的提高，输电功率 变化和高压线路的投切都将引起很大的无功功率变化，系统对无功功率和电压的调 节和控制能力的要求越来越高。另一方面，由于受电力市场化变革的影响以及来自 环境、经济和技术方面的制约，为了充分利用系统资源，现代电网越来越接近于其 极限运行状态，这使得电网缺乏灵活的调节能力，特别是在某些紧急运行情况下， 电网更加脆弱。 既然电网无功平衡策略与如此多的因素有着密不可分的联系，那么在对电网无 功平衡策略研究的过程中必须从以下几个方面入手： 1 )北京电网运行方式 1 2 华北电力大学硕士学位论文 2 )北京电网无功补偿设备现状和运行管理情况 3 )全网负荷特性研究 4 )正常运行方式与事故情况下存在问题 5 )针对北京电网特性的电网无功平衡策略 3 2 北京电网运行概况 3 2 1 北京电网运行方式概况 目前昌平、房山、安定及顺义站构成北京地区500k v 电网；北京地区22 0 k v 电网保持东、西两个区域解环运行方式，解环点为昌平站22 0k v 母线、22 0k v 清孙双回、苑老双回线。110k v 等级电网呈放射状网络运行。 图3 1 北京电网系统图 3 2 2 负荷情况概况 统计到20 05 年11 月底，北京地区累计一次供电量492 93 亿kwh ， 比上一年同期一次供电量443 22 亿kwh 增长l1 21 。其中第一次产 业用电量占全社会用电量2 35 ，同比增长7 61 ；第二次产业用电量占4 2 51 ，同比增长8 18 ；第三次产业占37 46 ，同比增长l8 0 6 ；城乡居民用电量占17 68 。 o5 年北京电网先后经历4 次大负荷考验，四次负荷连创新高，地区最大负荷 达到lo 5 8 7m w ，估算空调波动负荷为39 8 om w 左右，占地区总负荷3 7 6 。电网负荷表现出高峰时段持续时间长，负荷爬升速度快特点。 从以上数据并结合北京市相关统计资料，可以看出目前北京地区负荷处于快速 增长阶段，二次与三次产业用电量迅猛发展，城乡居民用电量也处于稳定上升阶段， 全网负荷特性发生了显著变化。而北京电网无功平衡策略研究、电力市场相关课题 1 3 华北电力大学硕士学位论文 研究、电网稳定性研究的数据基础就是北京电网的负荷特性相关数据，因此开展北 京电网负荷特性研究已是摆在我们面前的重要问题。 3 2 32 005 年北京电网电压总体分析 2 o05 年1 月一11 月份，北京地区主网运行情况良好，主网无功潮流分布 较为合理。在日低谷时段和高峰时段负荷时段均能将电压控制在电压曲线要求范围 内。但系统内存在的问题也不容忽视，目前电网的无功管理还处于以往的经验化、 模式化管理阶段，缺乏理论和计算支持，负荷基础数据的缺失造成相关工作开展的 困难。系统大负荷期间，知春里、八里庄、清河、长椿街、太阳宫地区无功裕度不 足，如事故情况下有可能造成系统事故的扩大，不利于事故处理的进行。由于度夏 期间，全部厂站v q c 系统全部停用，电容器根据现场相关技术规定全部手动投入、 退出，造成部分时段系统电压偏高或偏低，超过华北网公司规定的电压允许水平。 北京电网在轻载时，局部地区的无功功率过剩，电压过高，超过设备的允许规 定，甚至出现发电机组进相运行，严重影响了设备的安全运行和系统电压稳定。同 时，随着电缆线路入地，不断地取代架空线路，使线路对地充电功率增大，直接影 响无功电压的运行水平，必须引起注意。 上述无功电压方面的问题突出表现在西大望地区。西大望地区电网作为一个受 端系统，主要包括西大望、王府井和朝阳门三个2 2 0 k v 变电站，通过西营一、西营 二、福西一和福西二共四条2 2 0 千伏线路与系统相连。在轻负荷情况下，由于周边 变电站流入大量无功以及本地电缆线路的充电功率，使西大望地区的无功功率过 剩，造成一热的进相。 一热的发电机组进相运行会出现四个问题：一是静态稳定性降低；二是端部漏 磁引起定子端部温度升高：三是厂用电电压降低；四是由于机端电压降低在输出功 率不变的情况下发电机定子电流增加，易造成过负荷。因此，一热进相运行不利于 发电机组的经济运行和电网的安全稳定性，应当采取措施加以解决。 3 3 北京电网无功设备概况及存在问题 3 3 1 设备概况 截止2 0 0 5 年底，公司系统已投入运行的3 5 k v 及以上变电站并联电容器组总计 8 8 5 组，容量5 3 7 5 1 5 m v a r ，并联电抗器组总计3 6 组，容量2 9 9 m v a r ；l o k v 及以下 配电网低压无功补偿设备1 5 2 8 9 台，容量1 5 6 6 5 0 6 m v a r 。下表为公司系统各电压等 级容性无功补偿设备比较情况。 1 4 华北电力大学硕上学位论文 电 2 0 0 5 年2 0 0 4 年同期比 压 感性无 容性无功 感性无 容性无功 感性无 容性无功 等 功补偿 补偿设备 功补偿 补偿设备 功补偿 补偿设备 级 设备设备 设备 组容组容组容组 k v 组数容量组数容量容量 数 且 数 且 数量数亘里 2 2 03 32 9 2 3 1 52 4 8 3 2 4 42 92 5 63 0 02 3 5 9 1 8 243 61 51 2 4 0 6 2 1 l o374 2 52 5 8 8 1 6 6373 6 32 2 3 3 4 4 8oo6 23 5 4 7 1 8 3 51 4 53 0 3 7 4 1 4 l 2 9 4 9 6 4 4 8 7 7 6 1 0 1 5 2 8 9l5 6 6 5 0 61 3 9 4 81 7 0 3 1 2 91 3 4 11 3 6 6 2 3 合计 3 62 9 91 6 1 7 46 9 4 1 6 5 63 22 6 31 4 7 5 26 5 9 0 7 2 343 61 4 2 23 5 0 9 3 3 3 3 2 存在的问题 1 ) 部分变电站容性无功补偿度低特别是肖庄、文教区、六里桥等负荷较大的变 电站，电容器安装较少，在大负荷期间，造成无功缺额较大，既不利于电网的经济 运行水平差，也不利于电网电压稳定运行。 2 ) 在负荷中心城市或者部分负荷集中地区缺乏必要的无功备用容量，以及缺 少在电网事故时用来支撑电网电压的动态无功补偿设备。 3 ) 电容器配置倒置现象严重，2 2 0 k v 变电站无功补偿设备配置较多，2 2 0 k v 站无功补偿设备由于电压等其它原因的制约，不能发挥应有作用，造成不必要的资 源浪费；1 l o k v 及以下变电站无功补偿设备配置较少，甚至弄些负荷中心地区无功 负荷较大，电网没有充足的无功补偿设备可以投入，增大了电压质量控制难度，增 加了线路的损耗。 4 ) 单组电容器容量配置偏大造成负荷较小时电容器组无法投入，投入后向系 统反送无功较大，而且造成母线电压变化较大，加大了控制电压质量的难度。 5 ) 目前公司系统使用成熟的无功补偿设备基本选择在低压侧安装，补偿形式 单一，多组投入后本侧电压升高较大，与中压侧电压匹配不合理，故大多数变电站 无功补偿设备不能全部投入运行，造成变电站低压电容器投入率低，不能充分发挥 作用。 6 ) 用户无