電磁環(huán)網(wǎng)中無功環(huán)流的分析與控制策略

包翔 張海平

（國網(wǎng)寧東供電公司 寧夏回族自治區(qū)靈武市 750411）

1 引言

近年來，國內(nèi)外大部分電網(wǎng)停電事故都是由高低壓電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行所導(dǎo)致的，因此導(dǎo)致我國電網(wǎng)公司以及各級電力公司十分重視這種情況，開始提出對嚴(yán)重影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及安全使用的電磁環(huán)網(wǎng)應(yīng)解環(huán)運(yùn)行。所以我國對電磁環(huán)網(wǎng)的運(yùn)行過程開展了較多的研究。現(xiàn)如今我國對于特高壓電網(wǎng)的投入逐年上升，超高壓七百五十千伏和特高壓一千千伏都還在建設(shè)起步階段，并且由于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為薄弱，在未來無法大規(guī)模投入使用。而較低等級的電壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固，可合理使用廉價資源來獲取最高的網(wǎng)絡(luò)傳輸功率，對用戶的用電需求進(jìn)行滿足。

2 高低壓電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行分析

2.1 高低壓電磁環(huán)網(wǎng)內(nèi)容概述

高低壓電磁環(huán)網(wǎng)是兩組不同電壓等級分別運(yùn)行的線路，主要使用連接兩端變壓器電磁回路的方式進(jìn)行并聯(lián)。而高低壓電磁環(huán)網(wǎng)在日常運(yùn)行的過程中容易發(fā)生較大的安全事故，其主要原因是由于高壓線路較為容易開端，導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的出現(xiàn)將提高對低壓線路的負(fù)載，嚴(yán)重時可大大超過其原有的傳輸限值，從而使整體電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)而對其穩(wěn)定安全的運(yùn)行造成破壞。在電力系統(tǒng)的實際運(yùn)行過程中，并不是所有的電磁環(huán)網(wǎng)都將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對于電壓等級高網(wǎng)架機(jī)構(gòu)薄弱以及電壓等級低網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅強(qiáng)的情況來說，對于開環(huán)運(yùn)行來說電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)的運(yùn)行效率更高，不僅可對整體電網(wǎng)的電氣距離進(jìn)行拉近，還可對穩(wěn)定運(yùn)行水平以及輸電能力進(jìn)行提升。

2.2 國內(nèi)研究背景概述

圖1：電磁環(huán)網(wǎng)合網(wǎng)操作示意圖

對于我國國內(nèi)電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗以及不同地區(qū)電網(wǎng)解環(huán)實施方案與電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行分析與研究后可發(fā)現(xiàn)，在電網(wǎng)建設(shè)的過程中，所產(chǎn)生的物質(zhì)便是電磁環(huán)網(wǎng)，在高等級網(wǎng)架較為薄弱時其存在合理性較強(qiáng)，但隨著我國電力市場的快速發(fā)展，廠網(wǎng)分開后電網(wǎng)公司的經(jīng)濟(jì)效益與電網(wǎng)的運(yùn)行具有密不可分的聯(lián)系。所以在確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及安全使用的基礎(chǔ)上，電磁環(huán)網(wǎng)在運(yùn)行過程那種可通過降低輸電損失、充分使用現(xiàn)有資源、提高輸電能力、降低電網(wǎng)建設(shè)成本以及節(jié)約電路建設(shè)投資的方式來提高電網(wǎng)公司的經(jīng)濟(jì)效益。所以在確保電力系統(tǒng)內(nèi)電磁環(huán)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及滿足安全約束要求的同時應(yīng)對以下幾方面工作進(jìn)行重視：首先應(yīng)構(gòu)建嚴(yán)格的安全故障應(yīng)對預(yù)案以及運(yùn)行控制方案，對電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行合理安排，確保電磁環(huán)網(wǎng)在發(fā)生故障的過程中不超過暫態(tài)穩(wěn)定極限、過熱穩(wěn)定極限以及靜態(tài)穩(wěn)定極限。其次應(yīng)使用合理、有效的負(fù)荷需求側(cè)管理方式，一旦受端電網(wǎng)負(fù)荷需求較大時，在經(jīng)過一次方式以及二次方式調(diào)整后仍然不滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求時，可在受端地區(qū)開展負(fù)荷需求管理的方式來對電力需求進(jìn)行降低。第三應(yīng)在整體電網(wǎng)系統(tǒng)中配備完善的安全穩(wěn)控裝置，在發(fā)生事故的同時可及時采取科學(xué)合理的控制方式，對故障元件進(jìn)行立即切除，并對一些負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組進(jìn)行有選擇性的切除?；蛴羞x擇性的進(jìn)行事故分區(qū)解列，從而確保整體電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定使用。

2.3 國外研究背景概述

對于國外電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行研究經(jīng)驗來說，對開環(huán)運(yùn)行以及電磁環(huán)網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的相關(guān)研究較少，主要研究方向在對電磁環(huán)網(wǎng)中產(chǎn)生的功率環(huán)流進(jìn)行抑制。導(dǎo)致這種情況的主要原因是由于大部分西方發(fā)達(dá)國家的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為堅強(qiáng)，并且一旦電磁環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)故障，所導(dǎo)致潮流轉(zhuǎn)移引起的后果并不嚴(yán)重，同時國外合環(huán)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較高，因此其研究重點主要為如何在電磁環(huán)網(wǎng)中合理使用柔性控制技術(shù)，從而對功率分布進(jìn)行控制，消除環(huán)流，進(jìn)而對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及穩(wěn)定性進(jìn)行提升。

2.4 電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題

對于電磁環(huán)網(wǎng)的實際運(yùn)行過程來說，可帶來以下幾方面問題：首先是一旦高等級電壓線路出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致潮流轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的發(fā)生，從而對電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性造成破壞，引發(fā)潮流控制困難、斷電電流超標(biāo)、安自裝置整定復(fù)雜以及繼電保護(hù)問題的發(fā)生。同時電磁環(huán)網(wǎng)的運(yùn)行還將嚴(yán)重威脅整體電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對于潮流轉(zhuǎn)移現(xiàn)象來說，所引發(fā)的穩(wěn)定問題具有電壓穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及動態(tài)穩(wěn)定等，嚴(yán)重時可產(chǎn)生動態(tài)穩(wěn)定以及暫態(tài)穩(wěn)定破壞事故。同時在電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時，如果高電壓等級線路發(fā)生故障，將導(dǎo)致低電壓以及過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。在高等級電壓具有較長的線路時，其剩余容性無功較大，在運(yùn)行過程中需要使用大量的感性無功來對其進(jìn)行補(bǔ)償，因此一旦高等級線路發(fā)生故障，將導(dǎo)致無功分布不合理。與此同時，由于無功分布不合理所引發(fā)低電壓以及過電壓現(xiàn)象可分為以下幾方面：首先是發(fā)生故障后，長線路空充與強(qiáng)系統(tǒng)，線路末端電壓將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過范圍值，但首端電壓可保持在可控范圍內(nèi)。其次在發(fā)生故障后長線路空充與若系統(tǒng)，使得首端線路電壓增高，將導(dǎo)致其電壓遠(yuǎn)高于可控范圍。

3 電磁環(huán)網(wǎng)中無功環(huán)流的分析與控制策略

3.1 無功環(huán)流產(chǎn)生機(jī)理概述

在電網(wǎng)實際運(yùn)行的過程中，由于線路以及變壓器等電氣元件參數(shù)設(shè)置不合理，將導(dǎo)致電磁環(huán)網(wǎng)內(nèi)發(fā)生功率環(huán)流現(xiàn)象，同時大部分為無功環(huán)流，這種功率環(huán)流的發(fā)生將明顯提高整體電網(wǎng)系統(tǒng)的有功損耗，對電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。對于不同支路中所流通的功率來看，可看作為兩個不同功率分量的增加，一個是基于環(huán)網(wǎng)總阻抗的功率以及兩端電壓差值，可看做循環(huán)功率，另一個是兩端電壓相同時的功率，可看做正常輸送功率。因此在變壓器變比匹配性不足時，電磁環(huán)網(wǎng)在進(jìn)行開環(huán)運(yùn)行的過程中其開口兩側(cè)將出現(xiàn)相應(yīng)的電壓差。而循環(huán)功率中不僅有無功功率，同時還具有有功功率，同時因為高電壓等級網(wǎng)絡(luò)中的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其電抗，所以循環(huán)功率中有功部分將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無功部分，一旦循環(huán)功率變大，循環(huán)功率以及正常輸送功率在進(jìn)行疊加后可導(dǎo)致電磁環(huán)網(wǎng)中流動方向的變化，這種情況便是電磁環(huán)網(wǎng)中功率環(huán)流現(xiàn)象的發(fā)生原因。在實際的輸電線路過程中，主要對有功功率進(jìn)行輸送，而無功功率是分區(qū)以及分層進(jìn)行平衡的，同時循環(huán)功率中的有功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實際輸送過程中的有功功率，所以有功環(huán)流現(xiàn)象的發(fā)生次數(shù)不多，主要是無功環(huán)流現(xiàn)象的發(fā)生，其主要特征是在電磁環(huán)網(wǎng)中出現(xiàn)無功功率，并沿著逆時針方向或者順時針方向進(jìn)行環(huán)流。

3.2 無功環(huán)流的控制方式概述

對于無功環(huán)流來說，不僅對變壓器的損耗以及電網(wǎng)系統(tǒng)的損耗進(jìn)行了增加，還對變壓器以及電網(wǎng)系統(tǒng)的傳輸容量進(jìn)行占用，在現(xiàn)如今不斷變化的市場環(huán)境中，這種情況的發(fā)生嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對電網(wǎng)公司的經(jīng)濟(jì)效益造成了十分嚴(yán)重的影響，所以應(yīng)使用科學(xué)合理的方式對其進(jìn)行控制，將其限制在可控范圍內(nèi)或直接使其消失。在對無功環(huán)流進(jìn)行控制的過程中，主要方式是對電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行過程中的循環(huán)功率進(jìn)行消除。

對于圖1 所示的電磁環(huán)網(wǎng)來說，由于線路AB 較長，因此母線E 點以及B 點的短路容量不高，所以在母線中的B 點開展閉環(huán)操作的過程中應(yīng)對母線B 點以及線路末端B’處的功角差就行控制，同時控制電壓差的大小。對于母線A 點來說，其功角與線路末端B’相同，并且母線A 點以及B 點之間的功角差收到線路CDE 的潮流影響較大，對于線路CDE 來說，由于其電氣距離過大，將導(dǎo)致母線A 點以及母線B 點的功角差上升，對線路CDE 的潮流約束也增加。同時由于線路AB 的長度較長，對于線路首端母線A 點來說，線路末端B’處電壓較大，而電壓差對母線B 處以及A 處的電壓控制進(jìn)行約束。在進(jìn)行合環(huán)后，母線B 往往會產(chǎn)生近區(qū)容性無功過剩的現(xiàn)象，并且B 出短路容量不大，將導(dǎo)致母線B 點近區(qū)的電壓上升，從而約束母線B 點以及母線A 點的電壓控制。和合環(huán)過程相比，在母線B 點對線路AB 開展解環(huán)操作的過程中也需要對母線B 點電壓、母線A 點電壓以及潮流斷面進(jìn)行約束。

4 結(jié)語

對于電網(wǎng)無功補(bǔ)償來說，該項技術(shù)措施還處于建設(shè)性階段，可有效確保整體電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、高質(zhì)運(yùn)行以及安全運(yùn)行。近年來隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，智能電網(wǎng)的應(yīng)用越來越普及，多種新設(shè)備以及新技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實際運(yùn)行過程中，并發(fā)揮著極大的作用。對于未來電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展來說，無功補(bǔ)償技術(shù)的使用將有效提高電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性以及有效性。所以我國電網(wǎng)系統(tǒng)研究人員應(yīng)提高對無功補(bǔ)償新設(shè)備以及新技術(shù)的重視程度，對電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行能力以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力進(jìn)行提高。