搞好城網(wǎng)無功優(yōu)化 提高供電技術經濟效益

1、您的位置：技術與應用 搞好城網(wǎng)無功優(yōu)化提高供電技術經濟效益返回目錄 搞好城網(wǎng)無功優(yōu)化提高供電技術經濟效益羅家華1，唐寅生2（1.廣東電力集團河源供電分公司，河源517000;2.湖南電力調度通信中心，長沙410007） 摘要:無功電壓優(yōu)化提高了城網(wǎng)供電技術經濟效益。推薦變電站使用基于磁控電抗器的靜止補償器（MCR Based-SVC）和用經濟壓差（UJ）的無功潮流算法實施城網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行。傳統(tǒng)的變電站無功補償設計方法應該與時俱進改革。關鍵詞:無功電壓優(yōu)化運行;技術經濟效益;UJ;MCR Based-SVC中圖分類號:TM 761+11 無功優(yōu)化提高了城網(wǎng)供電技術經濟效益無功優(yōu)化研究結果表明

2、，搞好城網(wǎng)無功優(yōu)化是提高城網(wǎng)供電技術經濟效益的根本措施。（1）電壓質量好。河源電網(wǎng)處于廣東電網(wǎng)東部，有河源、龍川2個220kV變電站，形成2個獨立的110kV電網(wǎng)，110kV線路全長604km，最大負荷超過35萬kW。無功優(yōu)化使每條線路都有一個無功 分點且在本線中點，表示線路的過剩無功在本線兩端等量補償，線路電抗上的電壓降落等于0，電壓在108115kV，是預防電壓穩(wěn)定事故的第一道防線。表1是河源、龍川系統(tǒng)優(yōu)化前、后大、小方式下部分變電站電壓的計算結果。（2）線損降低。表2是河源、龍川系統(tǒng)無功優(yōu)化前、后大、小方式下的線損降低情況。表1 河源、龍川系統(tǒng)優(yōu)化前、后大、小方式下部分變電站電壓計算結果

3、 kV供電區(qū)變電站大方式小方式優(yōu)化前優(yōu)化后變化率/%優(yōu)化前優(yōu)化后變化率/%河源系統(tǒng)河 源115.0115.00115.0115.00駱 湖101.8111.10.91114.7114.60忠 信96.6109.012.84114.8114.50連 平91.8108.017.64115.0114.6-0.35攬 壩112.1114.01.69114.4114.70.26臨 江110.0113.22.91114.2114.50.26古 竹107.2112.04.48113.9114.30.35紫 城105.1111.15.71114.0114.20.18龍川系統(tǒng)龍 川115.0115.00110.

4、0110.00老 隆114.0114.50.04110.8110.0-0.72庫 區(qū)115.1115.0-0.01115.6113.5-1.82麻布崗116.0115.4-0.52117.8114.6-2.72斗 晏116.2115.6-0.52117.9114.7-2.71藍 口112.4113.91.33111.4115.94.04表2 河源、龍川系統(tǒng)優(yōu)化前、后大、小方式下的線損降低情況方式大 方 式小 方 式優(yōu)化前/kW優(yōu)化后/kW線損降低/kW，%優(yōu)化前/kW優(yōu)化后/kW線損降低/kW，%河源102006240396038.84704106012.8龍 川2520155097038.5

5、2140191023010.75合 計127207790493038.82590232029011.20（3）挖掘出供電設備潛力。例如河源變電站220kV變壓器的負荷優(yōu)化前為（233.5+j132.2）/2701.0，優(yōu)化后為（229.5+j2.95）/270=0.852，挖掘出（1-0.852）270=40MVA的潛力。龍川變電站220kV變壓器的負荷優(yōu)化前為（141.3+j68.3）/150=1.05，優(yōu)化后為（140.8-j0.38）/150=0.94，挖掘出（1.05-0.94）150=16.5MVA的潛力。二變電站合計挖掘出220kV變壓器出力56.5MVA，相當于建設了一座容量為5

6、6.5MVA的220kV變電站。（4）安全及社會效益提高。提高了電網(wǎng)電壓穩(wěn)定安全儲備系數(shù)，加強了受端無功電源支撐，提高了社會生產效率。（5）優(yōu)化潮流好。圖1是河源變電站優(yōu)化潮流，功率單位為MVA。優(yōu)化潮流體現(xiàn)出無功分層平衡的嚴謹性和科學性，變壓器兩側母線所連線路過剩無功的一半都流入變壓器的補償母線上進行平衡，不穿過變壓器流入另一側電網(wǎng)，即無功不過網(wǎng)。圖1 河源變電站優(yōu)化潮流圖 2.98=-0.1-0.23-0.3+0.01+2.80+0.80（Mvar）;28.96=2.60+29.34-2.98（Mvar）;在115kV仙塘變電站（參見表3）有-0.23+1.150=1.380（Mvar）。

7、2 城網(wǎng)怎樣實施無功電壓優(yōu)化運行 電網(wǎng)結構和有功負荷確定以后，電網(wǎng)的無功潮流決定于每個廠站注入電網(wǎng)無功的實時值。在給定電壓約束條件下，電網(wǎng)中的各廠站都能按指令自動調控發(fā)電廠（機）的勵磁，變電站和用戶無功補償裝置的出力以及變壓器的分接頭使其注入電網(wǎng)的無功實時值接近電網(wǎng)要求的最優(yōu)值，即Q實時Q優(yōu)化，全網(wǎng)就會有接近最優(yōu)的（UJ）無功潮流。 這是一個逐漸接近的閉環(huán)式調整過程。如果電壓U實時U上限，則變壓器分接頭就可能需要調低一擋（接著繼續(xù)調整無功）以支持主網(wǎng)電壓調整;如果這時110kV電壓已接近上限，則變壓器分接頭就不必再調整;U實時U上限的問題就是主網(wǎng)的原因了。相反依然。推薦變電站使用基于磁控電抗器

8、的靜止補償器（MCR Based-SVC），且按變電站無功動態(tài)跟蹤補償原理實施自動控制，見圖2。發(fā)電廠按發(fā)電廠無功動態(tài)跟蹤調整原理對發(fā)電機的微機勵磁實施自動控制，使其Q實時Q優(yōu)化，見圖3。圖2 變電站無功動態(tài)跟蹤補償原理圖圖3 發(fā)電廠無功動態(tài)跟蹤調整原理圖3 電網(wǎng)邊界銜接協(xié)調控制條件 （1）與220kV電網(wǎng)。地區(qū)調度在220kV變電站的無功電壓調整任務是通過調整補償母線上補償裝置的出力和變壓器的分接頭來實現(xiàn)的，以保證注入220kV省網(wǎng)的無功功率實時值為給定電壓約束下的優(yōu)化值。省網(wǎng)也要保證地區(qū)電網(wǎng)對110kV電壓的要求。地區(qū)調度如果保證不了注入220kV省網(wǎng)的無功功率實時值的要求，就會自動閉鎖變

9、壓器分接頭的調整，也就不能保證地區(qū)電網(wǎng)對110kV電壓的要求，這是保證整個電網(wǎng)安全運行的需要。地區(qū)調度與縣級調度之間的銜接協(xié)調同理。只要所有的220kV變電站和發(fā)電廠都能達到中調的要求，220kV電網(wǎng)就能有優(yōu)化無功潮流。（2）與10kV電網(wǎng)。用戶無功自己平衡1，用戶無功未能平衡部分在110kV變電站的10kV母線上進行平衡。4 變電站無功補償設計方法應該與時俱進UJ算法的無功平衡及優(yōu)化配置校核表見表3。表3 UJ算法的無功平衡及優(yōu)化配置校核表 kvar供電區(qū)優(yōu)化容性無功補償容量電壓10kV系統(tǒng)35kV系統(tǒng)分項（1）*（2）（3）=（2）+（1）（4）（5）=（3）+（4）（6）（7）=（5）-

10、（6）（8）變電站1/2QC變壓器損耗補償補償電容器容量無功負荷補償補償電容器總容量現(xiàn)有電容器容量缺少電容器容量補償電容器容量河源系統(tǒng)城 南-120240120500051207800-2680仙 塘-230138011500115015600-144501100新 塘-170729071201160018720600012730東 城-2200-220200-202100-2120埔 前-310530220150017204200-2480駱 湖3290252058108700145103600109101300忠 信1201520164088001044030007430連 平-30024

11、802180960011780011780攬 壩12506201870130031703600-4301500臨 江510570062101160017810017810古 竹-630284022101180014010014010紫 城-7501190440200024402100340合 計244026310287507210010085048000528503900龍川系統(tǒng)彭 寨-510270-240-1200-14404200-4200800和 平-21017501540850010040010040500鶴 市20350035201050014020420098201500老 隆-6

12、7011070104001550025900210023800-20庫 區(qū)-1390160-1230130070070700麻布崗-59030-560600400400斗 晏-20530510-5500-49905100藍 口-21036103400100001340072006200800合 計-35802092017340397005704017700462804280(10+35）kV總平衡10kV系統(tǒng)缺52850+46280=99130（kvar）;35kV系統(tǒng)缺8180kvar;110kV系統(tǒng)缺107310kvar（不考慮用220kV變電站電容器調整）*界面控制無功。4.1 傳統(tǒng)無功

13、補償容量的設計方法變壓器損耗補償采用10%30%變壓器容量設計法是造成我國電網(wǎng)無功功率長距離輸送、變電站無功補償配置不合理的重要原因之一，由表3可充分說明這一點。例如河源變電站110kV總輸出無功在優(yōu)化前后分別為由系統(tǒng)輸送（229.5+j126）、（229.5+j2.98）Mvar。4.2 推薦使用經濟壓差潮流法由圖1可得: Q5=Q1+Q2+Q3+Q4 式中，Q1為高壓母線相連線路過剩無功之和的一半;Q2為高壓母線上所接高抗消耗的無功功率;Q3為中壓母線相連線路過剩無功之和的一半;Q4為變壓器損失;Q5為補償容量，即表3中的分項（3）或（5）。在復雜網(wǎng)絡中應用n-1原則校核。4.3 選用國產

14、MCR Based-SVC無功補償裝置電網(wǎng)中每個接點無功補償裝置的出力能按優(yōu)化運行的要求進行平滑、動態(tài)、快速的調節(jié)是當代無功調節(jié)發(fā)展的方向。建議選用國產MCR替代TCR，組成基于MCR的SVC（MCR Based-SVC），因為MCR比TCR更優(yōu)越2:更可靠;更好的抑制電壓波動;有最小的波性失真;30s100%過載，2min 40%過載;可在一個周期內連續(xù)調整（不是鋸齒波）;額定電壓下的功率損耗為額定功率的0.5%;維護簡單，像維護變壓器一樣，采用國產MCR沒有設備維護的后顧之憂;低價，MCR約150元/kvar（MCR Based-SVC投資約為TCR Based-SVC的1.2）;油冷卻介

15、質;控制器科學又簡單;(11)無故障運行時間為12年。國產MCR80年代與俄羅斯同時起步研究，現(xiàn)已在6座電鐵牽引站安全運行5年，得到了鐵路部門的青睞，提高了電容器的利用率，功率因數(shù)由罰款變?yōu)楠剟睿?年左右就收回了對MCR的投資。2003年鄭州鐵路局又一次性簽約14個牽引站的MCR合同。圖4、5是安裝在任家灣電鐵牽引站中29kV，2.4Mvar.single-phase MCR及其控制器的外形。（a）MCR外形 （b）MCR控制器外形圖4 任家灣電鐵牽引站5 UJ潮流算法簡介 因為電網(wǎng)中的元件發(fā)電機、變壓器和負載都能做到無功就地補償，所以就把求取電網(wǎng)優(yōu)化潮流集中為研究輸電線路過剩無功功率的優(yōu)化分

16、布問題，過剩無功功率（Q）=充電功率（QC）-線路電抗中無功功率損耗（3I2X），得出了UJ無功潮流理論3。維持輸電線路無功分點恰恰位于線路中點的線路首末兩端電壓之差稱為經濟壓差。線路在UJ支持下，只有有功在電阻上的電壓降落UJ=（PR+QX）/U=PR/U時，電壓質量最好，接近直流線路運行;線路傳輸無功造成的有功損耗最小，它為無功分點在首（或末）端母線上時有功損耗的1.4，且也使線路兩端所接的主變壓器有功損失之和為最小或接近最小2。UJ無功潮流在復雜電網(wǎng)中的實施，必須依賴UJ無功潮流程序，它能計算出使電網(wǎng)每一條線路都有一個無功分點的潮流要求的本電壓層次中的每一個廠站在給定電壓約束下注入電網(wǎng)的無功優(yōu)化值。6 結束語 無功電壓優(yōu)化運行是提高城網(wǎng)供電技術經濟效益的根本措施。變電站使用基于磁控電抗器的靜止補償器（MCR Based-SVC）的補償方式對無功進行平滑、動態(tài)、快速的調節(jié)是當代無功調節(jié)發(fā)展的方向，技術經濟指標合理。傳統(tǒng)的變電站無功補償設計方法應與時俱進進行改革。7 參考文獻1 唐寅生.論功率因數(shù)調整電費的改革.電力技術經濟，2003（6）:5556.2 陳伯超.新型可控飽和電抗器理論及應用.武漢:武漢水利電力大學出版社，1999年10第1版.3 唐寅生，李碧君.電力系統(tǒng)OPF全網(wǎng)最優(yōu)無功的經濟壓差算法及其應用.中國電力，