富含小水電的百色地方電網(wǎng)電壓治理研究摘要：針對豐水期小水電上網(wǎng)造成百色地方電網(wǎng)電壓偏高問題，首先建立小水電并網(wǎng)等值模型，理論分析小水電上網(wǎng)造成線路末端過電壓原因，并提出優(yōu)化輸電線路、提高發(fā)電機功率因數(shù)及投入電抗器等調(diào)壓策略，最后以百色地方電網(wǎng)為實際算例進行驗證，結(jié)果顯示所提策略有效改善豐水期該地區(qū)電壓質(zhì)量。關鍵詞：小水電；電壓質(zhì)量；電壓調(diào)節(jié)；無功優(yōu)化ResearchonVoltageControlofLocalPowerGridRichinSmallHydropowerinBaiseCityAbstract:AimingattheproblemofhighvoltageoflocalpowergridinBaiseCitycausedbysmallhydropowergridconnectioninfloodseason,thisthesisestablishestheequivalentmodelofsmallhydropowergridconnectionfirstly,andtheoreticallyanalyzesthecauseoflineterminalovervoltagecausedbysmallhydropowergridconnection.Next,itproposesvoltageregulationstrategies,suchasoptimizingtransmissionlines,improvingpowerfactorofgenerators,andputtingreactorsintooperation.Lastbutnotleast,thelocalpowergridinBaiseCityistakenasanexampletoverifythattheproposedstrategycaneffectivelyimprovethevoltagequalityintheregionduringthefloodseason.KeyWords:SmallHydropower;VoltageQuality;VoltageRegulation;ReactivePowerOptimization0引言百色市西部縣份小水電資源豐富，目前得到有效開發(fā)，但這些小水電所處縣份位于偏遠地區(qū)，經(jīng)濟落后，用電量少，使得該地區(qū)電網(wǎng)在夏季豐水期時需要遠距離外送大量富余電量。該地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，輸電線路電壓等級較低且線徑小，在外送電量過程中電網(wǎng)電壓異常升高，危害用戶側(cè)設備安全，同時大量潮流涌入110kV及以上高壓網(wǎng)絡，威脅主電網(wǎng)安全運行[1,2]。為有效治理百色地方電網(wǎng)夏季豐水期電壓超標問題，本文首先建立發(fā)電機經(jīng)長線路輸送功率模型，從理論上分析線路阻抗、輸送功率、發(fā)電機功率因數(shù)等因素對線路末端電壓的影響機理[3,4]，以此為基礎提出優(yōu)化輸電線路、提高發(fā)電機功率因數(shù)及投入電抗器等調(diào)壓策略，并以富含小水電的百色西部地方電網(wǎng)實際運行數(shù)據(jù)對所提出的治理措施進行驗證。1理論分析含眾多小水電的輸電系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)尤其困難，系統(tǒng)接線方式、輸電線路長短、線徑大小、水力發(fā)電機功率因數(shù)等因素都能惡化系統(tǒng)電壓。在枯水期，電能由變電站10kV或35kV側(cè)向含小水電的配電網(wǎng)輸送電能，以變電站為始端，沿線電壓不斷下降，電壓處于可控范圍。在豐水期則不然，小水電通過輸電線路向變電站10kV或35kV側(cè)輸送潮流，如圖1所示，此時變電站10kV或35kV側(cè)變成受電端，由變電站10kV或35kV側(cè)向線路末端電壓不斷升高，即使在變電站采取措施使10kV或35kV側(cè)電壓合格也難以保證線路各個站點電壓合格。圖1小水電功率倒送示意如圖1所示，以小水電并網(wǎng)點為線路末端，豐水期潮流由小水電送至變電站10kV或35kV側(cè)，此時線路末端的與首段的電壓偏差ΔV由式（1）求得：(1)其中R和X分別表示輸電線路的電阻和電抗。對于線徑較小的配電網(wǎng)輸電線路，電阻較大，接近等于線路電抗，當線路傳輸較大有功功率時P和R的乘積PR同樣和QX一樣成為影響ΔV的主要因素。綜合以上分析，在豐水期，小水電并網(wǎng)導致電壓偏高的治理有以下措施：（1）在合適的站點投入電抗器吸收無功功率，減小QX達到降低電壓的目的；（2）提高發(fā)電機功率因數(shù)，少發(fā)無功功率，從而減小QX以達到降低線路末端電壓的目的；（3）更換線徑較大的輸電線路從而減小PR達到降低線路末端電壓的目的。下文將利用PSD-BPA軟件進行仿真，驗證所提出的3個措施對治理富含小水電的百色地方電網(wǎng)電壓超標問題的效果。2百色地方電網(wǎng)簡介廣西百色市西部縣份地方電網(wǎng)現(xiàn)有220kV變電站1座，110kV變電站2座，小水電14座，其并網(wǎng)接線圖如圖2所示（圖中僅畫出部分主接線圖），其中大部分小水電的并網(wǎng)電壓為35kV，小部分并網(wǎng)電壓為10kV。該地區(qū)電網(wǎng)豐水期平均負荷為16MW，有80MW左右水電通過220kV弄瓦站外送，電網(wǎng)潮流較重。有記錄以來點弄瓦站220kV側(cè)母線電壓最高244kV，百林變110kV側(cè)電壓最高129kV,百達水電站35kV側(cè)電壓最高51.7kV,主要，洞平水電站10kV側(cè)電壓最高12.2kV,全網(wǎng)電壓超標問題嚴重。圖2百色市西部地方電網(wǎng)地理接線圖3百色市西部地方電網(wǎng)電壓治理仿真分析根據(jù)上文介紹的百色市西部地方電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電壓治理措施，本節(jié)利用PSD-BPA電力系統(tǒng)仿真軟件對所列舉的措施進行仿真驗證。3.1導線更換及建立環(huán)網(wǎng)線路表1為更換導線后在豐水期系統(tǒng)的運行電壓（將洞平電站至渭密電站導線由LGJ-120更換為LGJ-240，將百達電站至小牙電站導線由LGJ-120更換為LGJ-240，），從表1中可以看出，當導線更換為LGJ-240后，從弄瓦站經(jīng)那比電站至洞平電站這一條輸電線路電壓偏高情況得到大幅度改善，僅剩洞平電站和平塘電站電壓超過1.1p.u（國標規(guī)定運行電壓不應超過額度電壓10%）；但從弄瓦站經(jīng)林河電站至百達電站這一條輸電線路的電壓偏高情況改善效果不明顯。為進一步改善弄瓦站經(jīng)林河電站至百達電站這一條輸電線路的電壓質(zhì)量，在三峽河至渭密電站建設新一條輸電線路，使系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，如圖3所示，觀察豐水期方式下系統(tǒng)電壓改善情況，利用PSD-BPA仿真結(jié)果如表2所示，從表2可以看出，建設環(huán)網(wǎng)后從弄瓦站經(jīng)林河電站至百達電站這一條輸電線路的電壓得到明顯改善，全線僅剩福祿河二級電站、福祿河三級電站、百達電站電壓達到或超過1.10p.u，但又造成弄瓦站經(jīng)那比電站至洞平電站這一條輸電線路上的果柳電站、平塘電站及洞平電站電壓超過1.10p.u。為進一步改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，下文繼續(xù)通過調(diào)整發(fā)電機無功出力和投入電抗器等措施對電網(wǎng)電壓進行調(diào)整。表1更換導線前后的電壓站點更換前電壓（p.u）更換導線后電壓（p.u）站點更換前電壓（p.u）更換導線后電壓（p.u）弄瓦站1.061.04百林變1.131.09那比電站1.011.01林河電站1.221.14汪甸變1.021.02平泮變1.221.14拉達電站1.021.02小牙電站1.281.16渭密電站1.061.04福祿河電站四級1.231.12那柳電站1.11.07福祿河三級電站1.291.15果柳電站1.141.08三峽河電站1.311.20平塘電站1.151.11福祿河二級電站1.331.21洞平電站1.161.11百達電站1.341.21圖3建設環(huán)網(wǎng)后百色市西部地方電網(wǎng)地理接線圖表2建設環(huán)網(wǎng)后電網(wǎng)運行電壓站點環(huán)網(wǎng)后電壓（p.u）站點環(huán)網(wǎng)后電壓（p.u）弄瓦站1.01百林變1.03那比電站1.01林河電站1.08汪甸變1.02平泮變1.08拉達電站1.03小牙電站1.09渭密電站1.07福祿河電站四級1.09那柳電站1.09福祿河三級電站1.10果柳電站1.11三峽河電站1.09平塘電站1.13福祿河二級電站1.10洞平電站1.14百達電站1.103.2調(diào)整發(fā)電機功率因數(shù)的電壓治理方式上節(jié)通過更換導線和建設環(huán)網(wǎng)線路的方式降低豐水期線路末端電壓，雖然整體能夠能夠達到降低電壓的效果，但在線路最末端的幾個電站電壓還是稍微高于1.10p.u的上限值。本節(jié)3.1節(jié)基礎之上通過調(diào)整電網(wǎng)中容量較大的發(fā)電機（包括那比電站、那柳電站、百達電站、小牙電站）的功率因數(shù)，使得發(fā)電機少發(fā)出無功功率甚至進相運行以降低電網(wǎng)電壓。采取調(diào)整發(fā)電機功率因數(shù)的調(diào)壓方式后電網(wǎng)的運行電壓如表3所示，從表3的仿真結(jié)果可以看出調(diào)整發(fā)電機功率因數(shù)后從弄瓦站經(jīng)林河電站至百達電站這一條輸電線路的電壓都以將至1.10p.u以下，但弄瓦站經(jīng)那比電站至洞平電站這一條輸電線路上的果柳電站、平塘電站及洞平電站還是超過1.10p.u。這是因為電網(wǎng)內(nèi)的發(fā)電機均為小容量的水力發(fā)電機，進相運行能力弱，所以降低電網(wǎng)電壓的效果不明顯。表3調(diào)整發(fā)電機功率因數(shù)后電網(wǎng)運行電壓站點調(diào)整功率因數(shù)后電壓（p.u）站點調(diào)整功率因數(shù)后電壓（p.u）弄瓦站1.00百林變1.03那比電站1.01林河電站1.07汪甸變1.02平泮變1.07拉達電站1.03小牙電站1.08渭密電站1.07福祿河電站四級1.08那柳電站1.08福祿河三級電站1.09果柳電站1.10三峽河電站1.08平塘電站1.12福祿河二級電站1.09洞平電站1.13百達電站1.093.3投入電抗器的電壓治理方式在3.2節(jié)調(diào)整發(fā)電機功率因數(shù)的基礎上，通過在百達電站、三峽河電站、平塘電站、洞平電站投入電抗器，利用PSD-BPA進行仿真計算，結(jié)果如表4所示。通過對比表4和表3可以看出，投入電抗器后整個電網(wǎng)內(nèi)都已降至1.10p.u以下。因此，在站端投入電抗器并結(jié)合其它調(diào)節(jié)手段調(diào)壓作為改善整體線路電壓水平是一種可行的調(diào)節(jié)手段，在工程上具有較高的應用價值[5]。表4投入電抗器后電網(wǎng)運行電壓站點投入電抗器后電壓（p.u）站點投入電抗器后電壓（p.u）弄瓦站1.00百林變1.03那比電站1.01林河電站1.07汪甸變1.02平泮變1.06拉達電站1.03小牙電站1.07渭密電站1.06福祿河電站四級1.07那柳電站1.06福祿河三級電站1.07果柳電站1.07三峽河電站1.06平塘電站1.07福祿河二級電站1.07洞平電站1.08百達電站1.074結(jié)語通過理論分析小水電并網(wǎng)導致電壓越限的原因，提出了通過更換線徑更大的導線以及建設環(huán)網(wǎng)、調(diào)整發(fā)電機功率因數(shù)和投入電抗器等治理措施。利用PSD-BPA電力系統(tǒng)仿真軟件對百色市西部地方電網(wǎng)進行仿真，結(jié)果證明所提出的3種電壓治理措施極大地改善了該區(qū)域的電壓質(zhì)量。合理的綜合利用所提出的3種調(diào)節(jié)手段，