基于ETAP軟件分析的小水電上網(wǎng)無功優(yōu)化方案

陳偉鑫

摘??要：本文通過對惠州地區(qū)110kV永漢變電站10kV母線電壓偏差分析，結(jié)合該變電站小水電上網(wǎng)情況，基于ETAP電力系統(tǒng)分析軟件，對片區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行仿真建模，通過模型的潮流計算，提出解決永漢站10kV母線電壓偏差的具體方案，并驗證其正確性。

關(guān)鍵詞：ETAP;小水電;無功優(yōu)化;電壓偏差

一、永漢站10kV母線電壓偏差分析

110kV永漢站位于惠州市龍門縣永漢鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)水資源十分豐富，年均降雨量約2300毫升，地方小水電發(fā)展迅猛。每年5月至10月為片區(qū)豐水期，降水量充足，片區(qū)小水電機(jī)組集中高出力發(fā)電上網(wǎng)。每年11月至次年4月為片區(qū)枯水期，降水量較少，大部分水電機(jī)組低出力、甚至零出力發(fā)電上網(wǎng)。根據(jù)2014-2017年歷史記錄，永漢站10kV母線電壓偏差情況如下表所示（按照南網(wǎng)規(guī)定，10kV母線電壓允許偏差范圍為10.0kV-10.7kV之間）：

由上表可知：永漢站10kV母線歷史最大電壓為10.91kV，超過最高允許值0.21kV，出現(xiàn)時間為2015年5月。永漢站10kV母線歷史最小電壓為9.86kV，低于最低允許值0.14kV，出現(xiàn)時間為2017年11月。由此可見，豐水期小水電機(jī)組集中高出力發(fā)電上網(wǎng)和枯水期大部分水電機(jī)組低出力發(fā)電上網(wǎng)，是110kV永漢站10kV母線電壓質(zhì)量偏差超過國標(biāo)和南網(wǎng)要求的主要因素。

二、ETAP電網(wǎng)仿真建模

1、小水電機(jī)組模型

接入永漢站小水電機(jī)組單機(jī)容量均較小，其發(fā)電出力受區(qū)域降水量影響較大。豐水期時，大多數(shù)機(jī)組滿出力運(yùn)行;枯水期時，大多數(shù)機(jī)組低出力甚至零出力運(yùn)行;各個水電站按接入線路分別合并等值為一臺發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)根據(jù)歷史發(fā)電情況按0.90～0.93考慮，各發(fā)電機(jī)模型出力取值如下表所示：

2、負(fù)荷等值模型

永漢站?10kV?純負(fù)荷線路為14回，35kV負(fù)荷與水電機(jī)組合用線路2回，負(fù)荷等值模型按各線路豐水期最小負(fù)荷和枯水期最大負(fù)荷數(shù)據(jù)分別取值，線路運(yùn)行功率因數(shù)根據(jù)歷史用電情況按0.90～0.95考慮，如下表所示：

3、基波潮流模型

潮流計算仿真模擬的公用電網(wǎng)、小水電機(jī)組、永漢站負(fù)荷出線等值模型，分別依據(jù)電網(wǎng)實際數(shù)據(jù)和豐水期、枯水期發(fā)電出力特性和負(fù)荷實際大小等逐一構(gòu)建。仿真計算模型如圖1所示。

基波潮流計算模型主要內(nèi)容如下：1）系統(tǒng)等值機(jī)：1?臺（永漢站由嵐影站側(cè)供電，將嵐影站側(cè)視為系統(tǒng)等值機(jī)）;2）小水電機(jī)組：分別按豐水期機(jī)組最大出力和枯水期最小出力取值，詳見表3發(fā)電機(jī)出力取值表;3）負(fù)荷：分別按豐水期最小負(fù)荷和枯水期最大負(fù)荷數(shù)據(jù)取值，詳細(xì)見表4負(fù)荷取值表;4）無功補(bǔ)償：永漢站#1、2?主變10kV側(cè)各安裝有兩組電容器組，電容器總?cè)萘繛?×2×5010?kvar;5）線路、電纜等線性元件詳見圖1所示。

4、電能質(zhì)量考核點(diǎn)

電能質(zhì)量考核點(diǎn)（PCC）：永漢站?10kV?I、II?段母線和?35kV?I?、II?段母線。

短路容量：按國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，計算時采用系統(tǒng)小方式對應(yīng)的最小短路容量。

電能質(zhì)量考核點(diǎn)最小短路容量：1）220kV?嵐影站?110kV?最小短路容量?1154.4MVA;2）永漢站?10kV?I、II?母最小短路容量?184.376MVA;3）永漢站?35kV?I、II?母最小短路容量?293.89?MVA。

綜上所述，ETAP電網(wǎng)仿真建模如圖1所示：

圖1?永漢站片區(qū)電網(wǎng)仿真計算模型圖

三、ETAP電網(wǎng)仿真計算結(jié)果

根據(jù)以上建模，對永漢站片區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行仿真計算，計算結(jié)果如下圖表所示：

仿真結(jié)算結(jié)果表明：設(shè)定計算條件小水電機(jī)組出力按豐水期最大值、線路負(fù)荷按豐水期最小值考慮，永漢站10kV?I、II、III段母線均出現(xiàn)電壓正偏差，10kV電壓正偏差計算結(jié)果略大于歷史最大值。按設(shè)定計算條件小水電機(jī)組出力按枯水期最小值、線路負(fù)荷按枯水期最大值考慮，永漢站10kV?I、II、III段母線均出現(xiàn)電壓負(fù)偏差，?10kV電壓負(fù)偏差計算結(jié)果略低于歷史最小值。仿真計算結(jié)果具有指導(dǎo)性意義。

四、無功優(yōu)化方案

近期在永漢站?10kV?II?段母線安裝一臺10Mvar感性無功補(bǔ)償裝置，遠(yuǎn)期在10kV?I?段母線安裝一臺10Mvar感性無功補(bǔ)償設(shè)備，仿真計算結(jié)果分別如下圖表所示：

仿真計算結(jié)果表明：采用在10kV?II母加裝一臺10Mvar容量的感性補(bǔ)償裝置，能將永漢站10kV?II母線電壓降至10.66kV，與不加感性無功補(bǔ)償設(shè)備相比，治理效果明顯;遠(yuǎn)期在10kV?I、II段母線各加裝一臺10Mvar容量的感性補(bǔ)償裝置，能將永漢站10kV?I、II母線電壓分別降至10.596kV、10.628kV，治理效果顯著。

五、結(jié)語

本文通過對惠州地區(qū)110kV永漢變電站小水電上網(wǎng)情況分析，建立ETAP電網(wǎng)模型，根據(jù)仿真計算結(jié)果，首先驗證了電網(wǎng)仿真建模的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出了較為合理的片區(qū)無功優(yōu)化建設(shè)方案，并驗證其正確性。研究方法具有可重復(fù)操作性。

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