春节期间珠澳电网电压调控策略与方法研究
时间：2023-02-24 18:40:05 来源：千叶帆 本文已影响人
孙殿坤，林桂辉，甘德树，吴海雄，魏勇刚，张维超
（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海 519000）
近年来供电部门和电力用户对电网电能质量要求的日益提高以及可靠性需求的增高，电网电缆化率大幅提升[1]。对于长距离电缆线路，由于对地电纳较大，产生的充电无功也较大，线路串联电抗的无功损耗不足以维持无功功率的平衡，因此会出现高电缆化率的变电站和电缆线路末端电压偏高问题[2]。其中用电过程中，用电情况的不平衡与线路负荷的随机性会造成电网上三相荷无法平衡的状况，也就导致三相电压出现不平衡。若中性点的电压偏移超过相电压的15%，会出现变压器运行升高、中性线电流增大的情况，甚至损坏变压器。因此，需要平衡线路的负荷，提高电压质量，降低损耗[3-4]。220 kV电缆线路已在城市中有较多应用，珠澳220 kV电网担负着为澳门供电的重要任务[5]。但随着珠澳电网220 kV电缆化率逐渐升高，在负荷低谷时期，珠澳地区无功平衡问题很难得到解决，尤其在春节负荷低谷时期，该问题尤为突出[6-10]。针对春节期间电网电压高的问题，朱永佳等[11]提出了浙江电网春节期间高电压问题分析与对策研究，熊莉等[12]提出了春节期间广西电网调压优化措施探讨，分析了春节期间各区域电网调压优化措施，但没有在节前根据预测负荷的水平具体提出针对措施及策略，本文确定了在高、中、低三种不同负荷水平下珠澳电网具体调压策略，明确了所需电厂进相机组的具体数量。220 kV无功在本电压层级不能平衡导致无功过剩，过剩的无功必然向500 kV主变中压侧输送，从而导致局部电压升高。2022年初，随着珠澳地区220 kV对澳供电电缆线路加叠甲乙线的投产，珠澳地区220 kV电压等级网络新增电缆充电无功约100 MVar，珠澳电网春节时期电压偏高问题较2021年春节更加严峻。
1.1 模型建立
将珠澳地区电网设备参数导入电力系统计算分析软件构建珠澳地区电网模型，调整模型为春节期间小方式运行模型。图1所示为春节期间珠澳地区220 kV及以上的网架结构拓扑图。如图所示，图中220 kV N、U、Q（在建）站为澳门地区变电站，其余厂站为珠海地区变电站。
图1 珠澳地区220 kV及以上网架结构拓扑图
1.2 春节期间负荷预测
春节是我国最受重视的传统节日，节前各行各业纷纷停工、放假，系统负荷急剧降低，电压飙升快，在负荷急剧降低的过程中仅靠调度员下令进行调压，工作量非常大，调节速度难以满足要求，节前系统电压即偏高[6]。2022年珠海春节期间负荷预测如表1所示，预测负荷情况分位高、中、低3档水平，其中高水平负荷参考2022年1月1日最低负荷，珠海地区1 400 MW、澳门地区340 MW，珠澳总负荷共计1 740 MW；
中方案负荷珠海地区968 MW（较2021年春节最低负荷增长10%，2021年春节期间珠海地区最低负荷为880 MW）、澳门340 MW，珠澳总负荷共计1 308 MW；
低方案负荷珠海地区880 MW（2021年春节期间珠海地区最低负荷）、澳门337 MW（2021年春节期间澳门地区最低负荷），珠澳总负荷共计1 217 MW。具体情况如表1所示。
表1 2021年春节期间珠澳最低负荷预测
1.3 仿真模型边界条件
（1）根据2021年春节期间电压水平，调整500 kV乙站500 kV侧初始电压为542 kV。
（2）珠澳断面同2021年春节方式，澳门送入珠海无功共180 MVar（配合220 kV Q站建设，春节期间220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线四回电缆线路充电运行）。
（3）开机方式：500 kV甲站、500 kV乙站片区电厂开机方式参照2021年春节，即220 kV E厂开一台，220 kV A厂开一套，500 kV A厂开一台，出力调为机组额定容量的一半。
（4）各站点无功上送量在2021年春节方式无功上送量基础上，进一步考虑110 kV电缆投运导致的新增无功上送量（220 kV C站增加12 MVar，220 kV P站增加4 MVar，220 kV O站增加4 MVar）。
（5）高抗投入量：220 kV U站3×50 MVar，220 kV R站2×50 MVar，220 kV O站2×60 MVar，220 kV K站2×60 MVar。
（6）控制目标：珠海、澳门电网220 kV电压不超238 kV。
（1）大量投入珠澳地区低压电抗器。
首先在高负荷方案下进行该策略研究，将珠澳地区所有220 kV及110 kV变电站低压侧电容器退出，投入低压电抗器，仿真结果如表2所示。在大量投入低压电抗的情况下，由表2可知，珠海地区220 kV电压普遍在238 kV以上，最高为M站（238.3 kV），N站238.3 kV、U站电压为237.8 kV。根据仿真边界条件下的控制目标，珠海、澳门电网220 kV电压不超238 kV的条件，该策略在高负荷方案下不满足调压要求，因此在负荷更低水平的条件下则更不能满足调压要求。因此在2022年春节期间仅投入低压电抗器的策略无法满足调压要求。
表2 高负荷方案投低抗珠海电网220 kV母线电压水平kV
（2）投入珠澳地区低压电抗器及220 kV C厂进相一套机组。
首先在高负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器及220 kV C厂进相一套机组的策略研究，将珠澳地区所有220 kV及110 kV变电站低压侧电容器退出，投入低压电抗器，并在BPA仿真软件中调整220 kV C厂进相一套机组，仿真结果表3所示。在大量投入低压电抗及220 kV C厂一套机组进相运行，进相约104.2 MVar，由表3可见，珠海地区电压均低于238 kV，最高为M站（237 kV），N站237.1 kV、U站电压为236.3 kV。根据仿真边界条件下的控制目标，珠海、澳门电网220 kV电压不超238 kV的条件，该策略在高负荷方案下可以满足调压要求。
表3 高负荷方案投低抗、进相运行（一套）珠海电网220 kV母线电压水平kV
随后，在中负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器及220 kV C厂进相一套机组的策略研究，将珠澳地区所有220 kV及110 kV变电站低压侧电容器退出，投入低压电抗器，并在BPA仿真软件中调整220 kV C厂进相一套机组，仿真结果如表4所示。由表4可见，珠海地区电压仍有部分站点高于238 kV，珠海地区电压最高为M站（238.0 kV），N站238 kV、U站电压为237.2 kV。根据仿真边界条件下的控制目标，珠海、澳门电网220 kV电压不超238 kV的条件，该策略在中负荷方案下不满足调压要求，因此在负荷更低水平的条件下则更不能满足调压要求。因此在2022年春节期间投入珠澳地区低压电抗器及220 kV C厂进相一套机组的策略可以满足高负荷方案的调压要求，无法满足中负荷与低负荷方案的调压要求。
表4 中负荷方案投低抗、进相运行（一套）珠海电网220 kV母线电压水平kV
（3）投入珠澳地区低压电抗器、220 kV C厂进相一套机组及断开220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线四回充电线路。
首先在中负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器、220 kV C厂进相一套机组及断开220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线四回充电线路的策略研究，将珠澳地区所有220 kV及110 kV变电站低压侧电容器退出，投入低压电抗器，并在BPA仿真软件中调整220 kV C厂进相一套机组以及断开220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线四回充电线路，仿真结果表5所示。220 kV C厂一套机组进相运行，进相约103.8 MVar，大量投入低压电抗的情况下，220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线四回充电线路转热备用后，由表5可见，珠海地区电压均低于238 kV，最高为M站（237 kV），N站236.8 kV、U站电压为236 kV。根据仿真边界条件下的控制目标，珠海、澳门电网220 kV电压不超238 kV的条件，该策略在中负荷方案下可以满足调压要求。
表5 中负荷方案投低抗、进相运行（一套）及断开220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线珠海电网220 kV母线电压水平kV
随后，在低负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器、220 kV C厂进相一套机组及断开220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线四回充电线路的策略研究。由表6可见，珠海地区电压均低于238 kV，最高为M站（237.1 kV），N站236.8 kV、U站电压为236.1 kV。根据仿真边界条件下的控制目标，珠海、澳门电网220 kV电压不超238 kV的条件，该策略在低负荷方案下可以满足调压要求。
表6 低负荷方案投低抗、进相运行（一套）及断开220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线珠海电网220 kV母线电压水平kV
（4）投入珠澳地区低压电抗器及220 kV C厂进相两套机组。
首先在中负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器及220 kV C厂进相两套机组的策略研究，将珠澳地区所有220 kV及110 kV变电站低压侧电容器退出，投入低压电抗器，并在BPA仿真软件中调整220 kV C厂进相两套机组，仿真结果表7所示。在大量投入低压电抗及220 kV C厂两套机组进相运行，进相约193 MVar，由表7可见，珠海地区电压均低于238 kV，最高为M站（236.5 kV），N站236.6 kV、U站电压为235.7 kV。根据仿真边界条件下的控制目标，珠海、澳门电网220 kV电压不超238 kV的条件，该策略在中负荷方案下可以满足调压要求。
表7 中负荷方案投低抗、进相运行（两套）珠海电网220 kV母线电压水平kV
随后，在低负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器及220 kV C厂进相两套机组的策略研究，将珠澳地区所有220 kV及110 kV变电站低压侧电容器退出，投入低压电抗器，并在BPA仿真软件中调整220 kV C厂进相两套机组，仿真结果表8所示。由表8可见，珠海地区电压均低于238 kV，最高为M站（236.6 kV），N站236.7 kV、U站电压为235.8 kV。根据仿真边界条件下的控制目标，珠海、澳门电网220 kV电压不超238 kV的条件，该策略在低负荷方案下可以满足调压要求。
表8 中负荷方案投低抗、进相运行（一套）珠海电网220 kV母线电压水平kV
近年来随着电网的快速发展，社会生产用电对电能质量及电力供应稳定性要求越来越高，随着电网中输电电缆率的增多，电缆运行时提供的容性无功也随之增多，这对于春节负荷低谷时期的调压工作带来了一定的难度，节前的调控策略研究工作可以有效指导春节期间调压工作，本文通过BPA软件仿真分析得到以下结论。
（1）春节期间若只投入所有厂站的高压电抗器及低压电抗器，在任何负荷水平的情况下电压均不合格。
（2）春节期间珠澳负荷若达高负荷水平在投入电抗器的情况下，220 kV C厂进相一套机组时电压可以达到238 kV以下。中、低负荷水平时仅凭此策略则达不到调压要求。
（3）春节期间珠澳负荷若达中、低负荷水平在投入电抗器的情况下，220 kV C厂进相两套机组时电压可以达到238 kV以下。
（4）春节期间珠澳负荷若达中、低负荷水平在投入电抗器的情况下，220 kV C厂进相一套机组及断开220 kV NQ甲乙线、220 kV UQ甲乙线四回充电线路可满足春节期间调压要求。
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