新能源影響的地區(qū)全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方法

桂前進(jìn)　羅利榮　徐瑞翔

摘? 要：本文對(duì)新能源影響的地區(qū)全網(wǎng)無(wú)功方法進(jìn)行深入研究，提出了地區(qū)電網(wǎng)全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的方法，包括加強(qiáng)對(duì)新能源電站的無(wú)功管理、電壓調(diào)整及無(wú)功優(yōu)化、加強(qiáng)主變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整負(fù)荷曲線，配合安排檢修計(jì)劃。后續(xù)在某地區(qū)的變電站進(jìn)行了試點(diǎn)工作，結(jié)果顯示通過(guò)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化，穩(wěn)定了電網(wǎng)線路的電壓，提升了電網(wǎng)運(yùn)行安全性，優(yōu)化了電網(wǎng)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：新能源;無(wú)功優(yōu)化;電壓調(diào)整

中圖分類號(hào)：TM714.2? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）23-0039-03

Reactive Power Optimization Method for Regional Network Affected by New Energy

GUI Qianjin，LUO Lirong，XU Ruixiang

（Anqing Power Supply Company of State Grid Anhui Electric Power Co.，Ltd.，Anqing? 246000，China）

Abstract：In this paper，the method of reactive power optimization of the whole network in the area affected by new energy is studied in depth，including strengthening the reactive power management，voltage adjustment and reactive power optimization of the new energy power station，strengthening the economic operation management of the main transformer，at the same time，adjusting the curve properly and arranging the maintenance plan. Later，the pilot work was carried out in a substation in a certain area. The results show that through reactive power optimization，the voltage of power grid lines is stabilized，the security of power grid operation is improved，and the power grid environment is optimized.

Keywords：new energy;reactive power optimization;voltage adjustment

0? 引? 言

近年來(lái)，隨著風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的不斷發(fā)展，尤其是光伏發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，我國(guó)光伏發(fā)電成本持續(xù)下降。2017年，光伏發(fā)電系統(tǒng)平均投資成本降至6750元/千瓦，較2010年下降67%，部分具有產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)的企業(yè)投資成本已接近5000元/千瓦。光伏發(fā)電平均度電成本為0.52元/千瓦時(shí)左右，比2010年累計(jì)下降超過(guò)70%。

新能源電站發(fā)電容量不斷上升，在電網(wǎng)總?cè)萘恐械谋壤苍絹?lái)越大，對(duì)地區(qū)全網(wǎng)電壓無(wú)功優(yōu)化控制的指標(biāo)要求工作也越來(lái)越重要，加強(qiáng)對(duì)新能源的無(wú)功管控成為電網(wǎng)運(yùn)行中的一個(gè)重要方面。一般通過(guò)配置AVC系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功的方案，在新能源廠站配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，加大對(duì)發(fā)電單元的無(wú)功功率調(diào)控力度，都可以對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量產(chǎn)生積極的影響。但由于各地區(qū)的電網(wǎng)架構(gòu)不同，AVC系統(tǒng)建設(shè)情況和運(yùn)行情況都存在諸多問(wèn)題。

對(duì)地區(qū)全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制加強(qiáng)管理，對(duì)AVC系統(tǒng)建設(shè)加大力度，特別是加強(qiáng)對(duì)AVC調(diào)節(jié)合格率指標(biāo)的重視，可以確保AVC系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使其不會(huì)成為電網(wǎng)運(yùn)行的隱患。

在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓質(zhì)量是考驗(yàn)電能質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其不僅關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，更會(huì)對(duì)負(fù)荷側(cè)用戶的體驗(yàn)感產(chǎn)生影響。

在分析電網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)及新能源發(fā)電的數(shù)據(jù)，進(jìn)行全局優(yōu)化計(jì)算，通過(guò)調(diào)節(jié)控制發(fā)電機(jī)組的機(jī)端電壓，機(jī)組無(wú)功出力、無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功出力和變壓器擋位的調(diào)節(jié)，可以使得系統(tǒng)在滿足各種約束條件的同時(shí)使網(wǎng)損達(dá)到最小值。

1? 目前地區(qū)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行中存在的問(wèn)題

由全網(wǎng)的協(xié)調(diào)層（調(diào)度中心）和各變電站、電源側(cè)內(nèi)的執(zhí)行層控制系統(tǒng)分層，對(duì)已安裝VQC裝置的站所、安裝AVC裝置的電源側(cè)，采用分散協(xié)調(diào)控制的方式。

對(duì)于省市電網(wǎng)的調(diào)度中心來(lái)說(shuō)，當(dāng)日的發(fā)電計(jì)劃是根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果作為數(shù)據(jù)支撐，負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)固有的算法，在得出計(jì)算結(jié)果的時(shí)候肯定會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的偏差，在新能源大量涌入的電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，這些存在的偏差，在某些時(shí)間段就可能引起電網(wǎng)不必要的波動(dòng)。這種偏差在短時(shí)間內(nèi)，很難得到立刻的修正，這就導(dǎo)致電源側(cè)、變電站發(fā)出的無(wú)功跟不上電網(wǎng)的無(wú)功潮流需要。在這種情況下，就會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)用戶側(cè)的無(wú)功需求和電網(wǎng)能夠提供的無(wú)功不匹配時(shí)，就會(huì)影響用戶側(cè)用電設(shè)備的正常使用。但是，出現(xiàn)的這些情況，暫不能通過(guò)負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)來(lái)調(diào)整，這樣一來(lái)，會(huì)直接影響到電網(wǎng)的正常運(yùn)行，對(duì)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)工作的開(kāi)展產(chǎn)生一定的限制。

2? 地區(qū)電網(wǎng)全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化的方法

2.1? 加強(qiáng)對(duì)新能源電站的無(wú)功管理

針對(duì)新能源電站的無(wú)功優(yōu)化，可借鑒傳統(tǒng)火電廠的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)和變電站內(nèi)的電壓無(wú)功控制裝置進(jìn)行規(guī)范管理。由電網(wǎng)側(cè)牽頭負(fù)責(zé)AVC系統(tǒng)整體建設(shè)，主要負(fù)責(zé)地調(diào)AVC主站系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作;委托相關(guān)行業(yè)的科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展相關(guān)技術(shù)支持;組織人員和機(jī)構(gòu)對(duì)變電站和電源側(cè)，尤其是新能源電站的AVC系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)督考核。

地區(qū)調(diào)控人員要高度重視，提高電壓調(diào)節(jié)的質(zhì)量意識(shí)和敬業(yè)精神，貫徹“鑄就堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)，守護(hù)萬(wàn)家燈火”的理念，在各自崗位上負(fù)責(zé)好無(wú)功電壓調(diào)節(jié)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。

電網(wǎng)側(cè)的電壓無(wú)功調(diào)度管理，直接影響著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)滿足用戶側(cè)對(duì)無(wú)功功率的需求，提高電網(wǎng)的友好性。保證供電企業(yè)和用電用戶的經(jīng)濟(jì)效益最大化。在日常電網(wǎng)的運(yùn)行中，部分電力損耗是在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的，不僅影響了電能資源的合理利用，同時(shí)還在一定程度上提高了電網(wǎng)本身的運(yùn)營(yíng)成本。工作人員可以通過(guò)科學(xué)化的調(diào)度來(lái)減少電能損耗，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行承載力分析，減少供電距離，特別是對(duì)新能源電站的電能，實(shí)現(xiàn)就地消納。從客觀上減少供電線路距離，減少電能運(yùn)輸過(guò)程中的中間環(huán)節(jié)，確保電網(wǎng)功率因數(shù)最優(yōu)化，提高電能的利用率。

除此之外，要盡可能地完善新能源電站接入電網(wǎng)運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的規(guī)范管理，建立電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的高效機(jī)制，加強(qiáng)電網(wǎng)的調(diào)度管理制度，使電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益得到最大化。

2.2? 電壓調(diào)整及無(wú)功優(yōu)化

2.2.1? 熱穩(wěn)定評(píng)估

熱穩(wěn)定評(píng)估應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式、輸變電設(shè)備限值、負(fù)荷情況、發(fā)電情況、分布式電源出力特性等因素計(jì)算反向負(fù)載率λ。評(píng)估對(duì)象包括變壓器和線路。

評(píng)估區(qū)域內(nèi)可新增分布式電源容量Pm，應(yīng)按式（1）計(jì)算：

Pm=（1-λmax）×Se×ky? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

ky是設(shè)備運(yùn)行裕度系數(shù)，一般取0.8。一般負(fù)載率大于80%則為重載運(yùn)行，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

2.2.2? 電壓偏差校核

電壓偏差校核應(yīng)以無(wú)功功率就地平衡和分布式電源接入后電網(wǎng)電壓不越限為原則。校核對(duì)象包括35kV～220kV變電站的10kV～220kV電壓等級(jí)母線。根據(jù)評(píng)估周期內(nèi)電網(wǎng)最高和最低運(yùn)行電壓，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》給出的電壓限值，分別計(jì)算評(píng)估區(qū)域的最大正電壓偏差、負(fù)電壓偏差，分別表示為△UH和△UL。

根據(jù)待校核分布式電源容量和《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)的要求，按式（2）計(jì)算出新增分布式電源接入后導(dǎo)致該區(qū)域的最大正、負(fù)電壓偏差，分別表示為δUH和δUL。

δU（%）=（RP+XQ）/UN? ? ? ? ? ? ? ?（2）

Q為依據(jù)《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同類型分布式電源的并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)的要求數(shù)值計(jì)算出的最大無(wú)功正、負(fù)值，UN為該區(qū)域內(nèi)母線的額定電壓，RL、XL為電網(wǎng)阻抗的電阻、電抗分量，P是可新增的有功容量，在高壓電網(wǎng)中可忽略電網(wǎng)電阻分量。

電壓偏差應(yīng)按式（3）校核。

△U>δU，△U<δU? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

在待評(píng)估區(qū)域電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下，開(kāi)展熱穩(wěn)定計(jì)算分析，確定待評(píng)估區(qū)域反向負(fù)載率，通過(guò)對(duì)最小負(fù)荷、最大負(fù)荷的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，再根據(jù)測(cè)定結(jié)果來(lái)計(jì)算。調(diào)度部門則根據(jù)需要，結(jié)合理論計(jì)算的結(jié)果對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行電壓進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度，并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)有效降低電能損耗的目的。

2.3? 加強(qiáng)主變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理

可以通過(guò)對(duì)定期編制變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線，通過(guò)理論計(jì)算對(duì)單臺(tái)主變壓器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)處理，確定主變壓器能夠帶動(dòng)的最大的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷。針對(duì)有2臺(tái)或2臺(tái)以上的主變壓器的現(xiàn)場(chǎng)，先確定單臺(tái)變壓器能夠帶動(dòng)的最大的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，再考慮多臺(tái)變壓器接入的情況，編制變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線。

在實(shí)際工作過(guò)程中，由于新能源的出力不確定性，很難得到變壓器最大經(jīng)濟(jì)負(fù)載。在沒(méi)有準(zhǔn)確的新能源出力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，可結(jié)合變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線和實(shí)際運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，不斷調(diào)整變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線。同時(shí)定期檢查變壓器擋位情況，在必要時(shí)可通過(guò)調(diào)整變壓器擋位，來(lái)確保變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.4? 適當(dāng)調(diào)整負(fù)荷曲線

由于用戶側(cè)客觀存在的“峰平谷”狀態(tài)，需要根據(jù)實(shí)際需求同步調(diào)整負(fù)荷曲線。在負(fù)荷高峰期，通過(guò)電網(wǎng)的電流增大，在輸送電能的介質(zhì)不變的情況下，線損是與負(fù)荷電流平方成正比不斷增加的。同樣，在負(fù)荷低谷期，通過(guò)電網(wǎng)的電流減小，在輸送電能的介質(zhì)不變的情況下，線損也會(huì)不斷減少。因此，根據(jù)不同用戶的用電規(guī)律，合理地、有計(jì)劃地安排和組織各類用戶的用電時(shí)間進(jìn)行“削峰填谷”，對(duì)負(fù)荷率進(jìn)行提高，對(duì)三相負(fù)荷的平衡起到關(guān)鍵性的作用。

采取調(diào)整負(fù)荷曲線的措施應(yīng)在有實(shí)施條件的情況下進(jìn)行，適當(dāng)引導(dǎo)高峰用戶負(fù)荷需求轉(zhuǎn)移到低谷負(fù)荷時(shí)段。

2.5? 配合安排檢修計(jì)劃

輸變電設(shè)備的停電會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行方式造成影響，在供電負(fù)荷不變的情況下，輸變電設(shè)備數(shù)量減少會(huì)帶來(lái)線路電流增加和線損的增大，同時(shí)給電網(wǎng)線路的承載力也帶來(lái)了新的變化，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行不利。因此，在編制調(diào)度部門安排的檢修計(jì)劃前，應(yīng)考慮到上述情況，多結(jié)合電網(wǎng)內(nèi)其他部門、用戶側(cè)需求情況，對(duì)檢修計(jì)劃進(jìn)行合理可行的安排。盡量做到斷路器檢修與線路檢修同步，相鄰兩個(gè)變電站在檢修前將電壓調(diào)整到合理范圍。從而避免因檢修造成電網(wǎng)無(wú)功的不必要波動(dòng)。

3? 實(shí)際運(yùn)行效果

2019年1月，安慶地區(qū)岳西變電站110kVⅠ段母線電壓波動(dòng)范圍較大，如圖1所示。1天內(nèi)電壓最高值可達(dá)117.184kV，電壓最低值為109.121kV。電壓波動(dòng)范圍超過(guò)8kV。

通過(guò)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化，穩(wěn)定了電網(wǎng)線路的電壓，提升了電網(wǎng)運(yùn)行安全性，優(yōu)化電網(wǎng)環(huán)境。2019年7月，岳西變電站110kVⅠ段母線線電壓幅值已經(jīng)控制在5kV以內(nèi)，如圖2所示。

4? 結(jié)? 論

科學(xué)合理地對(duì)無(wú)功潮流進(jìn)行有效引導(dǎo)以及調(diào)度管理工作可以使電網(wǎng)電壓趨于穩(wěn)定，提高電網(wǎng)的供電可靠性，最大限度地降低電網(wǎng)事故的發(fā)生，進(jìn)而保障電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：桂前進(jìn)（1975-），男，漢族，安徽潛山人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化;羅利榮（1987-），女，漢族，湖北天門人，工程師，碩士，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化;徐瑞翔（1988-），男，漢族，山東臨沂人，助理工程師，本科，研究方向：輸電線路工程。