富含小水电的百色地方电网电压治理研究

富含小水电的百色地方电网电压治理研究摘要：针对丰水期小水电上网造成百色地方电网电压偏高问题，首先建立小水电并网等值模型，理论分析小水电上网造成线路末端过电压原因，并提出优化输电线路、提高发电机功率因数及投入电抗器等调压策略，最后以百色地方电网为实际算例进行验证，结果显示所提策略有效改善丰水期该地区电压质量。关键词：小水电；电压质量；电压调节；无功优化ResearchonVoltageControlofLocalPowerGridRichinSmallHydropowerinBaiseCityAbstract:AimingattheproblemofhighvoltageoflocalpowergridinBaiseCitycausedbysmallhydropowergridconnectioninfloodseason,thisthesisestablishestheequivalentmodelofsmallhydropowergridconnectionfirstly,andtheoreticallyanalyzesthecauseoflineterminalovervoltagecausedbysmallhydropowergridconnection.Next,itproposesvoltageregulationstrategies,suchasoptimizingtransmissionlines,improvingpowerfactorofgenerators,andputtingreactorsintooperation.Lastbutnotleast,thelocalpowergridinBaiseCityistakenasanexampletoverifythattheproposedstrategycaneffectivelyimprovethevoltagequalityintheregionduringthefloodseason.KeyWords:SmallHydropower;VoltageQuality;VoltageRegulation;ReactivePowerOptimization0引言百色市西部县份小水电资源丰富，目前得到有效开发，但这些小水电所处县份位于偏远地区，经济落后，用电量少，使得该地区电网在夏季丰水期时需要远距离外送大量富余电量。该地区电网网架薄弱，输电线路电压等级较低且线径小，在外送电量过程中电网电压异常升高，危害用户侧设备安全，同时大量潮流涌入110kV及以上高压网络，威胁主电网安全运行[1,2]。为有效治理百色地方电网夏季丰水期电压超标问题，本文首先建立发电机经长线路输送功率模型，从理论上分析线路阻抗、输送功率、发电机功率因数等因素对线路末端电压的影响机理[3,4]，以此为基础提出优化输电线路、提高发电机功率因数及投入电抗器等调压策略，并以富含小水电的百色西部地方电网实际运行数据对所提出的治理措施进行验证。1理论分析含众多小水电的输电系统的电压调节尤其困难，系统接线方式、输电线路长短、线径大小、水力发电机功率因数等因素都能恶化系统电压。在枯水期，电能由变电站10kV或35kV侧向含小水电的配电网输送电能，以变电站为始端，沿线电压不断下降，电压处于可控范围。在丰水期则不然，小水电通过输电线路向变电站10kV或35kV侧输送潮流，如图1所示，此时变电站10kV或35kV侧变成受电端，由变电站10kV或35kV侧向线路末端电压不断升高，即使在变电站采取措施使10kV或35kV侧电压合格也难以保证线路各个站点电压合格。图1小水电功率倒送示意如图1所示，以小水电并网点为线路末端，丰水期潮流由小水电送至变电站10kV或35kV侧，此时线路末端的与首段的电压偏差ΔV由式（1）求得：(1)其中R和X分别表示输电线路的电阻和电抗。对于线径较小的配电网输电线路，电阻较大，接近等于线路电抗，当线路传输较大有功功率时P和R的乘积PR同样和QX一样成为影响ΔV的主要因素。综合以上分析，在丰水期，小水电并网导致电压偏高的治理有以下措施：（1）在合适的站点投入电抗器吸收无功功率，减小QX达到降低电压的目的；（2）提高发电机功率因数，少发无功功率，从而减小QX以达到降低线路末端电压的目的；（3）更换线径较大的输电线路从而减小PR达到降低线路末端电压的目的。下文将利用PSD-BPA软件进行仿真，验证所提出的3个措施对治理富含小水电的百色地方电网电压超标问题的效果。2百色地方电网简介广西百色市西部县份地方电网现有220kV变电站1座，110kV变电站2座，小水电14座，其并网接线图如图2所示（图中仅画出部分主接线图），其中大部分小水电的并网电压为35kV，小部分并网电压为10kV。该地区电网丰水期平均负荷为16MW，有80MW左右水电通过220kV弄瓦站外送，电网潮流较重。有记录以来点弄瓦站220kV侧母线电压最高244kV，百林变110kV侧电压最高129kV,百达水电站35kV侧电压最高51.7kV,主要，洞平水电站10kV侧电压最高12.2kV,全网电压超标问题严重。图2百色市西部地方电网地理接线图3百色市西部地方电网电压治理仿真分析根据上文介绍的百色市西部地方电网结构及电压治理措施，本节利用PSD-BPA电力系统仿真软件对所列举的措施进行仿真验证。3.1导线更换及建立环网线路表1为更换导线后在丰水期系统的运行电压（将洞平电站至渭密电站导线由LGJ-120更换为LGJ-240，将百达电站至小牙电站导线由LGJ-120更换为LGJ-240，），从表1中可以看出，当导线更换为LGJ-240后，从弄瓦站经那比电站至洞平电站这一条输电线路电压偏高情况得到大幅度改善，仅剩洞平电站和平塘电站电压超过1.1p.u（国标规定运行电压不应超过额度电压10%）；但从弄瓦站经林河电站至百达电站这一条输电线路的电压偏高情况改善效果不明显。为进一步改善弄瓦站经林河电站至百达电站这一条输电线路的电压质量，在三峡河至渭密电站建设新一条输电线路，使系统构成环网，如图3所示，观察丰水期方式下系统电压改善情况，利用PSD-BPA仿真结果如表2所示，从表2可以看出，建设环网后从弄瓦站经林河电站至百达电站这一条输电线路的电压得到明显改善，全线仅剩福禄河二级电站、福禄河三级电站、百达电站电压达到或超过1.10p.u，但又造成弄瓦站经那比电站至洞平电站这一条输电线路上的果柳电站、平塘电站及洞平电站电压超过1.10p.u。为进一步改善电网电压质量，下文继续通过调整发电机无功出力和投入电抗器等措施对电网电压进行调整。表1更换导线前后的电压站点更换前电压（p.u）更换导线后电压（p.u）站点更换前电压（p.u）更换导线后电压（p.u）弄瓦站1.061.04百林变1.131.09那比电站1.011.01林河电站1.221.14汪甸变1.021.02平泮变1.221.14拉达电站1.021.02小牙电站1.281.16渭密电站1.061.04福禄河电站四级1.231.12那柳电站1.11.07福禄河三级电站1.291.15果柳电站1.141.08三峡河电站1.311.20平塘电站1.151.11福禄河二级电站1.331.21洞平电站1.161.11百达电站1.341.21图3建设环网后百色市西部地方电网地理接线图表2建设环网后电网运行电压站点环网后电压（p.u）站点环网后电压（p.u）弄瓦站1.01百林变1.03那比电站1.01林河电站1.08汪甸变1.02平泮变1.08拉达电站1.03小牙电站1.09渭密电站1.07福禄河电站四级1.09那柳电站1.09福禄河三级电站1.10果柳电站1.11三峡河电站1.09平塘电站1.13福禄河二级电站1.10洞平电站1.14百达电站1.103.2调整发电机功率因数的电压治理方式上节通过更换导线和建设环网线路的方式降低丰水期线路末端电压，虽然整体能够能够达到降低电压的效果，但在线路最末端的几个电站电压还是稍微高于1.10p.u的上限值。本节3.1节基础之上通过调整电网中容量较大的发电机（包括那比电站、那柳电站、百达电站、小牙电站）的功率因数，使得发电机少发出无功功率甚至进相运行以降低电网电压。采取调整发电机功率因数的调压方式后电网的运行电压如表3所示，从表3的仿真结果可以看出调整发电机功率因数后从弄瓦站经林河电站至百达电站这一条输电线路的电压都以将至1.10p.u以下，但弄瓦站经那比电站至洞平电站这一条输电线路上的果柳电站、平塘电站及洞平电站还是超过1.10p.u。这是因为电网内的发电机均为小容量的水力发电机，进相运行能力弱，所以降低电网电压的效果不明显。表3调整发电机功率因数后电网运行电压站点调整功率因数后电压（p.u）站点调整功率因数后电压（p.u）弄瓦站1.00百林变1.03那比电站1.01林河电站1.07汪甸变1.02平泮变1.07拉达电站1.03小牙电站1.08渭密电站1.07福禄河电站四级1.08那柳电站1.08福禄河三级电站1.09果柳电站1.10三峡河电站1.08平塘电站1.12福禄河二级电站1.09洞平电站1.13百达电站1.093.3投入电抗器的电压治理方式在3.2节调整发电机功率因数的基础上，通过在百达电站、三峡河电站、平塘电站、洞平电站投入电抗器，利用PSD-BPA进行仿真计算，结果如表4所示。通过对比表4和表3可以看出，投入电抗器后整个电网内都已降至1.10p.u以下。因此，在站端投入电抗器并结合其它调节手段调压作为改善整体线路电压水平是一种可行的调节手段，在工程上具有较高的应用价值[5]。表4投入电抗器后电网运行电压站点投入电抗器后电压（p.u）站点投入电抗器后电压（p.u）弄瓦站1.00百林变1.03那比电站1.01林河电站1.07汪甸变1.02平泮变1.06拉达电站1.03小牙电站1.07渭密电站1.06福禄河电站四级1.07那柳电站1.06福禄河三级电站1.07果柳电站1.07三峡河电站1.06平塘电站1.07福禄河二级电站1.07洞平电站1.08百达电站1.074结语通过理论分析小水电并网导致电压越限的原因，提出了通过更换线径更大的导线以及建设环网、调整发电机功率因数和投入电抗器等治理措施。利用PSD-BPA电力系统仿真软件对百色市西部地方电网进行仿真，结果证明所提出的3种电压治理措施极大地改善了该区域的电压质量。合理的综合利用所提出的3种调节手段，