基于PSASP的甘南電網(wǎng)網(wǎng)損分析

摘 要： 甘南小水電上網(wǎng)后給地方配電系統(tǒng)的經(jīng)濟運行帶來了一定的影響，為了創(chuàng)建節(jié)能、經(jīng)濟的甘南電網(wǎng)，提高電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計水平，利用PSASP對甘南電網(wǎng)進行了潮流仿真分析。在確定的有功潮流分布的基礎(chǔ)上，根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及實際運行中的典型24 h負荷水平進行了網(wǎng)損分析計算。仿真和實驗結(jié)果為進行其他分析計算工作及電網(wǎng)重大方式變化提供了數(shù)據(jù)支持，對及時有效地發(fā)現(xiàn)電能損耗問題和探討降低網(wǎng)損的主要措施具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 小水電； PSASP仿真； 潮流分析； 網(wǎng)損分析； 降損措施

中圖分類號： TN711?34； TM711 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）09?0151?03

Abstract： Certain influence to the local distribution system economy is brought by Gannan small hydropower which is connected to the grid. In order to create energy?efficient， economical Gannan grid and improve grid plan standard， PSASP is applied to analyze power flow of Gannan grid. According to the given grid structure， parameters and the typical 24 hours load levels， grid loss is analyzed and calculated based on the certain active power flow distribution. Data support is provided by results of simulation and experiment for other analysis working and grid mode great change， it is significance to discover power loss timely and effectively， and discuss the main measures for reducing the network loss.

Keywords： small hydropower station； PSASP simulation； power flow analysis； grid loss analysis； loss?reduction measure

0 引 言

甘南電網(wǎng)經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)已經(jīng)比較堅強，但電網(wǎng)無功補償裝置，電抗器的建設(shè)相對滯后。僅通過電抗器、電容器的合理投切改善系統(tǒng)無功平衡的辦法，無法達到降低網(wǎng)損的目的。電力網(wǎng)電能損耗計算是供電企業(yè)進行網(wǎng)損管理的基礎(chǔ)工作，只有通過行之有效的理論分析和仿真分析計算[1]，才能更好地了解電力元件在運行中消耗電能量的規(guī)律。電力系統(tǒng)綜合分析程序PSASP作為電力系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計的重要工具，為電力系統(tǒng)包括輸電、供電和配電系統(tǒng)的各種分析計算提供了良好的平臺。

負荷按用戶性質(zhì)分為工業(yè)負荷、商業(yè)負荷、農(nóng)業(yè)負荷、城鄉(xiāng)居民負荷等[2]，由于甘南地區(qū)的負荷多以商業(yè)和居民用電負荷為主，且各電壓等級輸電線路電容產(chǎn)生的無功功率較多，造成電網(wǎng)較大的系統(tǒng)損耗。文獻[3]提到電力網(wǎng)損不僅占用一部分動力源，還占用一定的設(shè)備容量。如一個年供電量100億千瓦時的系統(tǒng)，按網(wǎng)損9%計算，年損失電量9億千瓦時。如網(wǎng)損降低至8%，則年節(jié)省1億千瓦時電量，等于節(jié)約4萬噸標準煤（以煤耗為0.4千克/千瓦時計算）。這1億千瓦時電能等于2萬千瓦發(fā)電設(shè)備年發(fā)電量（以T=5 000小時計），1億千瓦時電能用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可創(chuàng)造出巨大的財富。由此可見，按照國家節(jié)能減排的政策，以及應(yīng)甘肅省電力公司對電網(wǎng)多供少損的要求，針對甘南電網(wǎng)實際運行情況制定降損措施，實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟運行勢在必行。

1 電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及仿真分析模型建立

甘南供電公司擔(dān)負甘南州七縣一市的全社會供電任務(wù)，管轄合作、新城、碌曲、夏河、迭部等12座110 kV變電站，9座35 kV變電站，甘南電網(wǎng)現(xiàn)有變電站40座，共有主變95臺，其中三繞組變壓器13臺，雙繞組變壓器82臺；現(xiàn)有的110 kV輸電線路817.78公里，35 kV輸電線路53.271公里，如圖1所示為甘南電網(wǎng)部分地理接線圖。

在電力系統(tǒng)綜合分析程序PSASP中，文本支持環(huán)境下，建立電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。交流線、發(fā)電機、變壓器等均與母線相連，所以在錄入這些元件前，首先錄入與之相連的母線數(shù)據(jù)。由于計算的需要給三繞組變壓器增加了實際中不存在的虛擬母線：中心點母線，以及為了觀察一些由多種型號導(dǎo)線連接而成的交流線導(dǎo)線連接處的電壓，在連接處設(shè)置了母線，所以共建立了152條母線，并將35 kV，10 kV及6 kV母線的基準電壓分別設(shè)置為37 kV，10.5 kV和6.3 kV。變壓器和交流輸電線路的分析模型分別使用“T”型和“∏”型等值電路。值得注意的是，三繞組變壓器中心點母線電壓的基準電壓是用作該變壓器物理參數(shù)計算時的基準，所以將三繞組變壓器中心點的基準電壓設(shè)定為高壓側(cè)母線的基準電壓。對于負荷，考慮各段母線上的總負荷，根據(jù)已知各變電站的負荷曲線，將每個負荷節(jié)點均設(shè)為PQ節(jié)點，對于國網(wǎng)變電站，將其等效為無窮大系統(tǒng)，在該仿真系統(tǒng)中，將發(fā)電機母線3512中潭T、合作校驗、臨夏校驗設(shè)為平衡節(jié)點。為了模擬母聯(lián)斷路器，采用小阻抗交流線進行模擬[4]。目前甘南電網(wǎng)只有合作變、碌曲變、多合變等少數(shù)幾個電站安裝了自動無功功率補償裝置，其余的變電站都是并聯(lián)電容器補償，仿真分析中對自動無功補償裝置采用自定義建模，并聯(lián)電容器采用按組建模。在電力系統(tǒng)仿真分析中，電力系統(tǒng)元件以及公用參數(shù)的數(shù)據(jù)就構(gòu)成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是執(zhí)行其他各種分析計算最基本的數(shù)據(jù)。

2 甘南電網(wǎng)網(wǎng)損分析計算

甘南電網(wǎng)各變電站的運行方式如下：

（1） 多宋多、青石山、云江峽變電站均為1#、2#變壓器運行，3#變壓器備用；

（2） 俄吾多、安果兒、扭子和曉河變電站的兩臺變壓器均運行；

（3） 其余有兩臺變壓器的變電站均為1臺運行，另1臺備用的運行方式。

甘南供電公司于2012年5月起獨立進行甘南電網(wǎng)潮流計算工作，順利完成了330 kV多合變投運后甘南東部電網(wǎng)潮流計算分析和無功電壓計算分析工作，所獲得的潮流分布結(jié)果為網(wǎng)損分析計算提供了基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)。潮流計算的基礎(chǔ)方案給出了待計算的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和各節(jié)點發(fā)電、負荷等基本數(shù)據(jù)，方案定義為常規(guī)潮流作業(yè)1，也可以通過配以不同的計算控制信息定義為不同的潮流作業(yè)，如通過UPI實現(xiàn)調(diào)整直流線的輸送功率使全網(wǎng)網(wǎng)損最小的最優(yōu)潮流。以潮流作業(yè)1為基礎(chǔ)，進行網(wǎng)損分析時，計算控制選擇某一小時潮流計算不收斂時繼續(xù)進行下一小時計算，使用程序的缺省設(shè)置，錄入和編輯24 h發(fā)電數(shù)據(jù)，也可從其他網(wǎng)損分析作業(yè)導(dǎo)入典型日發(fā)電、負荷數(shù)據(jù)。將安果兒的兩臺和多架山的兩臺變壓器歸為發(fā)電廠內(nèi)部變壓器，其損耗將不會統(tǒng)計到總網(wǎng)損中。結(jié)果輸出可靈活地選擇輸出內(nèi)容、輸出范圍和輸出格式，結(jié)果曲線可以輸出至MatLab，從而利用MatLab功能進一步處理。

網(wǎng)損分析計算的主要任務(wù)是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及典型日24 h的負荷水平、發(fā)電機出力、電容電抗器投切、變壓器擋位設(shè)置、開關(guān)刀閘狀態(tài)及支路投切等條件，確定電網(wǎng)中各元件的損耗水平，便于進行網(wǎng)據(jù)分析，并進一步制定降低網(wǎng)損的措施[5]。利用PSASP對甘南電網(wǎng)進行網(wǎng)損分析計算，所得到的網(wǎng)損計算結(jié)果如表1～表3所示，單位選擇標幺值。網(wǎng)損分析結(jié)果給出了甘南電網(wǎng)各運行元件的損耗水平，為制定降損措施提供了相關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù)。

將甘南電網(wǎng)劃分為合作和洛大區(qū)域網(wǎng)，網(wǎng)損結(jié)果匯總表如表1所示。其中，PG：區(qū)域總有功發(fā)電；PL：區(qū)域總有功負荷；Pin：區(qū)域總輸入有功電量；PGs：區(qū)域總廠供有功電量；PS：區(qū)域總有功供電量；QG：區(qū)域總無功發(fā)電；Qin：區(qū)域總輸入無功電量；Qout：區(qū)域總輸出無功電量；QGs：區(qū)域總廠供無功電量。

甘南電網(wǎng)部分高損耗線路日損耗表如表2所示。其中，DP：線路有功損耗；DQ：線路無功損耗；Pi：線路I側(cè)有功電量；Qi：線路I側(cè)無功電量；Pj：線路J側(cè)有功電量。從表2可以看出線路輸送功率不大，但是線路損耗率確比較高。

電網(wǎng)部分變壓器日運行損耗表如表3所示。其中，DQ：變壓器無功損耗；Qsend：送端無功電量；QSa：區(qū)域總無功供電量；DQc：變壓器無功銅損。表3反映出變壓器的損耗水平，依此可以對高有功總損率的變壓器進行更新改造。輸出結(jié)果也可以曲線的形式輸出，在輸出內(nèi)容中選擇“1～24 h結(jié)果簡表”，點擊“24 h結(jié)果曲線”按鈕，即可按已選的選項輸出相應(yīng)曲線。

3 電網(wǎng)降損措施

小水電因其出力的不平穩(wěn)性，從而造成小水電站對并網(wǎng)線路的嚴重影響，進而增大并網(wǎng)時的損耗[6]。在總網(wǎng)損中，占總損耗比重較大的是線路導(dǎo)線和變壓器繞組中的功率損耗。其中，線路損耗約占總損耗的51.4%，由于受小水電的容量、位置、負荷量的相對大小以及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等因素的影響，小水電可能增大或減小網(wǎng)損[7]。因此，采用以下方面的措施來降低并網(wǎng)小水電對輸電線路損耗的影響。

（1） 盡量使小水電出力較線路負荷小，必要時對有調(diào)節(jié)能力的小水電實施限制低谷時期發(fā)電的措施。

（2） 用人工無功補償?shù)霓k法提高功率因數(shù)，即用無功補償設(shè)備來補償用電設(shè)備所需要的無功功率。在PSASP仿真中，無功補償實際可以看成一組并聯(lián)電容器，所以可在“交流線數(shù)據(jù)”的輸入畫面中，按照并聯(lián)電容器數(shù)據(jù)的方法輸入，其中[X1]的負值即為所要補償?shù)碾娙葜怠?/p>

（3） 適當(dāng)提高線路電壓，如將冶力關(guān)10 kV母線電壓升壓到35 kV，頭道河6 kV母線電壓升壓到10 kV，有數(shù)據(jù)顯示：如果將6 kV升壓到10 kV，線路損失降低64%，將10 kV升壓到35 kV，線路損失會降低[8]92%。

（4） 加強對電容器投切的管理和主變壓器抽頭的調(diào)整。

為了降低主變損耗，采取以下措施：

（1） 依據(jù)負荷變化改變運行的變壓器組數(shù)，如對35 kV的臨潭變電所有兩臺容量為3.15 MVA的雙繞組主變壓器，在高負荷時期兩臺變壓器并列運行，而在低負荷時期退出某一臺，這樣可以降低有功損耗。

（2） 為了降低變壓器的空載損耗，考慮在多合330 kV變電所加裝備自投裝置，且將下級的變電所及用戶電源由其他330 kV變電所（如洛大）供電。

4 結(jié) 語

本文利用PSASP電力系統(tǒng)綜合分析程序建立了甘南電網(wǎng)單線圖，對整個電網(wǎng)進行了潮流計算及分析，根據(jù)潮流計算所得到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析系統(tǒng)運行情況是否滿足要求以及確定各元件的損耗水平，以便于進行網(wǎng)損分析，進而制定降損措施。但是甘南州農(nóng)網(wǎng)用電負荷變化較大，電壓波動嚴重，現(xiàn)有的補償電容器系列和配套設(shè)備不能完全適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)無功補償?shù)男枰猍9]，鑒于電網(wǎng)目前的運行情況，降損除加強管理外，尚需大量的技術(shù)支撐和資金投入，使得網(wǎng)損在實際中降下來，也是甘南供電公司長期以來的一項艱巨而迫切的任務(wù)。

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