新型配電網(wǎng)三級電壓無功控制

新型配電網(wǎng)三級電壓無功控制新型配電網(wǎng)三級電壓無功控制一、配電網(wǎng)高、中、低壓劃分及電壓無功規(guī)定二、中、低壓電壓無功越限的原因三、低壓供電電壓越限分析及控制方案四、10kV供電電壓越限分析及控制方案五、中、低壓電壓均越限分析及控制方案六、關(guān)鍵設(shè)備一、配電網(wǎng)高、中、低壓劃分及電壓、無功規(guī)定高壓配電網(wǎng)：110kV、35kV。中壓配電網(wǎng)：10(20)kV。低壓配電網(wǎng)：380V、220V。3510kV：用戶-7%～+7%，母線0～+7%。380V：用戶-7%～+7%。220V：用戶-10%～+7%。高壓配電網(wǎng)中壓配電網(wǎng)高壓配電網(wǎng)中壓配電網(wǎng)110(35)kV400V線路400V線路10kV線路10kV400V線路400V線路10kV線路10kV線路10kV線路35kV用戶110kV線路110kV110kV線路110kV線路110kV220110kV400V線路35kV10kV低壓補償10kV精細補償精細補償無功平衡無功平衡無功平衡無功平衡無功平衡無功平衡電壓偏差：-3%～+7%無功平衡無功平衡二、中、低壓配電網(wǎng)電壓、無功越限原因★每一臺變壓器、每一段線路、各環(huán)節(jié)，都等效為電阻和電感串聯(lián)（見圖2）?！镓摵勺兓瘯r，各環(huán)節(jié)的壓降隨之變化，如果沒有根據(jù)負荷變化的調(diào)控措施，末端電壓越限，在所難免。4—?UX110110kV線路4—?UT110——110kV主變4—?UX1010kV線路4—?UT1010kV配電變壓器4—?4—?UX110110kV線路4—?UT110——110kV主變4—?UX1010kV線路4—?UT1010kV配電變壓器4—?UX220220V線路4—?UT220220kV主變原因分析示意圖~~晝夜峰谷比現(xiàn)實無功情況：變電站電容器分組“少而大”，分組“少”單組容量“大”，投過補、不投欠補；中壓線路和配電變壓器的無功功率沒有無功補現(xiàn)實無功情況：變電站電容器分組“少而大”，分組“少”單組容量“大”，投過補、不投欠補；中壓線路和配電變壓器的無功功率沒有無功補償，無功不平衡嚴重；配電變壓器臺區(qū)低壓無功補償裝置運行不可靠。整個配電網(wǎng)無功不平衡問題嚴重。晝夜峰谷比晝夜峰谷比現(xiàn)實電壓情況：僅主變壓器有有載調(diào)壓，且不能根據(jù)負荷變化進行調(diào)檔；既是調(diào)檔兼顧長線路時短線路電壓越上限；兼顧短線路時長線路電壓越下限。負荷峰時調(diào)檔，谷時電壓越上限，谷時調(diào)檔，峰時電壓越下限。末端電壓越限，時常發(fā)生。二、中、低壓配電網(wǎng)電壓、無功越限原因無功功率和壓降計算1、變壓器無功功率和壓降計算①變壓器無功功率：QT≈SN?UK%?aSN：變壓器額定容量UK%：短路阻抗(110kV主變10-19%)a：負載率②變壓器壓降：35kVI精細補償35kVI精細補償UI：變壓器輸入電壓UK%：短路阻抗a：負載率（例如：40MVA，110kV主變，滿負荷時無功功率可達4-8Mvar，壓降達11-22kV）。2、線路無功功率和壓降計算①線路無功功率：QX=3?I2?XI：線路相電流X：線路單線感抗a：負載率②線路壓降：?UX=I?ZI：線路相電流Z：線路阻抗（Z=R2+X2）a：負載率（例如：5km10kV線路，500A電流時無功達500kvar，壓降達1.2kV）。UM1010kV線路壓降UX10配變壓降UM220400線路壓降UX220國-----------?UX10-----------??UX10=I?XX10國----------------?UX220----------------??UX220=I?XXL國-----------?UX10-----------??UX10=I?XX10國----------------?UX220----------------??UX220=I?XXL用戶400V線路10kV線路10kV400V低壓110kV10kV110kV10kV400V線路 10kV線路10kV線路400V線路400V線路 10kV線路10kV線路400V線路110110kV變壓器的無功功率：ST110：主變額定容量400V線路的無功功率：XXL：線路感抗10kV線路的無功功率：XX10：線路感抗10kV配電變壓器無功功率：ST10：配變額定容量用電器的無功功率：SY：用電器的額定舉例說明無功和壓降大小舉例1：舉例說明無功和壓降大小舉例1：★主變兩臺，容量2X20MVA★10kV出線有8條，總長度227.12km★配電變壓器601臺，總?cè)萘?24.5MVA假設(shè)全部配電變壓器容量相等、分布均勻，負載率均為30%。則各條10kV線路上的無功功率采用下列公式計算：Q10=QT10+QX10QT10=ST10x(4～5.5)%QX10=3.I2XX10各10kV線路上的無功功率如圖所示：損耗計算（僅10kV線路和配電變壓器）：算法1,每天按照6小時計算：一年的無功電量為8561kvarx6小時x365天=18748590kvarh根據(jù)國標GB/T36571-2018《并聯(lián)無功補償節(jié)約電力電量測量和驗證技術(shù)規(guī)范》一年損耗有功電量為18748590kvarhx0.08=150萬度算法2，每天按照12小時計算：┅┅菏澤曹縣35kV馬寨變電站10kV層級的無功功率（按照配變負載率30%計算）48.65km47臺48臺線路配變線路無功無功總無功二、中、低壓配電網(wǎng)電壓、無功越限原因舉例說明無功和壓降大小舉例2：有功功率：9434kW無功損耗計算：無功損耗計算：算法1,每天按照6小時計算：一年的無功電量為7434kvarx6小時x365天=16280460kvarh根據(jù)國標GB/T36571-2018《并聯(lián)無功補償節(jié)約電力電量測量和驗證技術(shù)規(guī)范》一年損耗有功電量為16280460kvarhx0.08=130萬度算法2：每天按照12小時計算：┅┅二、中、低壓配電網(wǎng)電壓、無功越限原因舉例說明無功和壓降大小舉例3：國網(wǎng)冀北廊坊霸州沙城站10kV砂石線，干線總長度13km，導線JKLYJ-10/240，配電變壓器數(shù)量153臺，總?cè)萘?0185KVA；2024年：最大有功6.90MW，最小有功1.09MW；最大無功4.15Mvar，最小無功-0.23Mvar；10kV母線電壓最大10.73kV，最小10.39kV；10kV末端電壓最大10.7kV，最小8.6kV；2024年9月5日04:30若干個臺區(qū)配變出口電壓251.3V，末端用戶電壓245.8V，當日15:30配變出口電壓197.7V，末端用戶電壓177.8V，典型雙越限。因線路壓降?UX10=10.39-8.6=1.79kV＞(-7%+7%)，需要在線路中部加裝無功補償裝置和調(diào)壓器，才能使10kV供電電壓合格。無功損耗計算：無功損耗計算：算法1,每天按照6小時計算：一年需要的無功電量為4150kvarx6小時x365天=9088500kvarh根據(jù)國標GB/T36571-2018《并聯(lián)無功補償節(jié)約電力電量測量和驗證技術(shù)規(guī)范》一年損耗有功電量為9088500kvarhx0.08=72.7萬度算法2：每天按照12小時計算：┅┅UM10---------------------------------------------------b10kV10kV線路精細補償10精細補償10kV線路二、中、低壓配電網(wǎng)電壓越限原因由于新能源的“波動性、間歇性”使配電網(wǎng)傳輸電流變化幅度增大，造成末端電壓波動增大。①當新能源就地消納時，新能源減小了電網(wǎng)的輸送電流，減小了電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的壓降，使末端電壓升高；新能源不發(fā)電時，末端電壓依然降低，波動幅②當新能源反送時，新能源發(fā)電功率大于負荷功率(不能就地消納)，出現(xiàn)電能向電網(wǎng)反送，流經(jīng)各環(huán)節(jié)的壓降方向倒置，使末端電壓升的更高；新能源不發(fā)電時，末端電壓依然降低。分布式新能源接入，使配電網(wǎng)潮流波動加劇，在原有配電網(wǎng)條件下，造成末端電壓大幅度越限。光伏E2 儲能光伏E2 儲能光伏E1測控點光伏E1測控點2光伏E1控控點1三、低壓電壓越限分析及控制方案場景1：低壓線路壓降?UX220不大于-10%+7%▲10kV線路不大于15km，供電電壓合格(-7%+7%)；▲低壓線路不超過500m壓降ΔUX220不大于(-10%+7%)；▲沒有分布式新能源接入。用戶電壓仍然出現(xiàn)不合格，越下限或越上限。配電變壓器為無勵磁調(diào)壓，檔位在主分接檔位，變比為10/0.4，10kV母線電壓為10.2kV輕空載時變壓器輸出電壓UM220=10.2/(10/0.4)/√3=235.6V，因輕空載線路的壓降?UX220視為零，用戶電壓UX220=UM220=235.6V。如圖a紫色曲線。輕空載時，10kV母線電壓大于10.2kV臺區(qū)低壓用戶電壓可能均越上限。這是無勵磁調(diào)壓配電變壓器臺區(qū)供電存在無勵磁調(diào)壓配電變壓器存在的問題：無勵磁調(diào)壓配電變壓器存在的問題：負荷谷時調(diào)檔，至用戶電壓合格，峰時越下限；負荷峰時調(diào)檔，至用戶電壓合格，谷時越上限。措施1、主變有載調(diào)壓根據(jù)負荷變化進行調(diào)壓動作：輕載時，10kV母線電壓調(diào)至10～10.2kV；中載時，調(diào)至10.2～10.5kV；重載時，調(diào)至10.5～10.7kV。主變有載調(diào)壓根據(jù)負荷變化進行，能夠顯著提高全口徑電壓合格率(保守估算由50%-60%可提高20-30個百分點)。措施2、采用有載調(diào)壓配電變壓器：采用配電變壓器有載調(diào)壓，調(diào)壓上限整定值設(shè)定為235.4V，變壓器輸出電壓被限制在235.4V以下，電壓越上限問題迎刃而解。國------?UT10國---------------------------------------------?國------?UT10國---------------------------------------------VQC控制器VQC控制器低壓線路低壓線路低壓線路低壓線路低壓線路UM220：配變輸出電壓?UX220：低壓線路壓降電壓合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)電壓合格下限UXX：198.0V(-10%)——輕載電壓越上限線路長度L三、低壓電壓越限分析及控制方案場景2：低壓線路壓降?UX220大于（-10%+7%）235.4V合格電壓段235.4V合格電壓段198V不合格電壓段?-------------------------------37.4V-------------------------------??-------------------------------37.4V-------------------------------?l--------？國------?UT10?UX220國----------------------------------------------------------------------------------------會▲低壓線路壓降?UX國------?UT10?UX220國----------------------------------------------------------------------------------------會▲沒有分布式新能源接入。VQC控制器低壓線路用戶電壓出現(xiàn)末端越下限、或始端越上限、或首末兩端都越限。VQC控制器低壓線路UM220：配變輸出電壓?UX220：低壓線路壓降低壓線路低壓線路低壓線路壓降?UX220大于-10%+7%，即?UX220大于220Vx17%=37.4V，采用場景1的控制措施都不能實現(xiàn)電壓全合格。調(diào)整配電變壓器調(diào)壓檔位，使末端電壓不越下限，則始端就會越上限，如圖b紫色曲線；若使始端不越上限，則末端就會越下限，如圖b紅色曲線；或兩端都越限，如圖b黃色曲線。低壓線路低壓線路始端電壓UM電壓合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)電壓合格下限UXX：198.0V(-10%)末端電壓UX220——始端越上限，——末端越下限，——上下都越限線路長度L三、低壓電壓越限分析及控制方案場景2：低壓線路壓降?UX220大于（-10%+7%）采用有載調(diào)壓配電變壓器的同時，再在低壓線路上加裝調(diào)壓器，如圖7所示。以調(diào)壓器為分界點，前段用戶電壓由有載調(diào)壓配電變壓器調(diào)整合格；后段的用戶電壓由低壓線路調(diào)壓器調(diào)整合格，如圖c所示紅色電壓曲線。國------?UT10國------------------------------------會l-----------------?UM國------?UT10國------------------------------------會CVQC控制器CVQC控制器低壓線路低壓線路低壓線路低壓線路UM220：配變輸出電壓?UX220：低壓線路壓降始端電壓UM電壓合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)電壓合格下限UXX：198.0V(-10%)末端電壓UX220——電壓曲線線路長度L三、低壓電壓越限分析及控制方案場景3、有分布式新能源發(fā)電接入低壓線路?UX220不大于-10%+7%▲10kV供電電壓合格（-7%+7%）?！蛪壕€路壓降?UX220不大于-10%+7%。▲有分布式新能源接入。新能源發(fā)電時用戶電壓越上限，不發(fā)電且負荷重載時越影響電壓的因素：①新能源發(fā)電的“間歇性”時有時無；②新能源發(fā)電的“隨機性”時大時??；③用電負荷時輕時重負荷是變化的。造成臺區(qū)供電電壓有時嚴重越上限，有時越 采用配電變壓器有載調(diào)壓（最好采用配變VQC）如圖8、①重載時，VQC控制使配電變壓器輸出電壓UM220趨近電壓合格上限235.4V，使末端電壓UX220不低于198V，如圖d中紅色曲線；②輕載時，VQC控制使配電變壓器輸出電壓UM220趨近于額定電壓220V，使整個臺區(qū)電壓趨近于額定電壓220V，如圖d中紫色曲線；③反送時，VQC控制使配電變壓器輸出電壓UM220趨近電壓合格下限198V，使末端電壓UX220不大于電壓合格上限235.4V，如圖d中黃色曲線。只要臺區(qū)不重過載(正向或反向)，均可將臺區(qū)內(nèi)低壓供電電壓穩(wěn)定在235.4V-198V（+7%–10%）合格范圍內(nèi)。?UX220---------------------------------------------??UX220---------------------------------------------?國---------------------------------------------VQC控制器低壓線路UM220：配變輸出電壓UM220：配變輸出電壓低壓線路低壓線路合格上限USX：合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)合格下限UXX：198.0V(-10%)——重載時——輕載時——反送時低壓線路長度L三、低壓電壓越限分析及控制方案場景4、有分布式新能源發(fā)電接入低壓線路?UX220大于-10%+7%▲10kV供電電壓合格（-7%+7%）?！蛪壕€路壓降?UX220大于-10%+7%。▲有分布式新能源接入，且反送重過載。用戶電壓嚴重越上限，不發(fā)電且負荷重載時越下限。因反向重過載，造成低壓線路反向壓降較大，造成臺區(qū)末端嚴重高電壓。采取場景3控制措施的同時，再在低壓線路上加裝調(diào)壓器，如圖9所示。以調(diào)壓器為分界點，前段用戶電壓由有載調(diào)壓配電變壓器調(diào)整合格；后段的用戶電壓由低壓線路調(diào)壓器調(diào)整合格，如圖e所示。國------?UT10l----------------------------------?VQC控制器低壓線路低壓線路低壓線路國------?UT10l----------------------------------?VQC控制器低壓線路低壓線路低壓線路國------------------?UX220------------------會CCUM220：配變輸出電壓始端電壓UM電壓合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)電壓合格下限UXX：198.0V(-10%)末端電壓UX220——電壓曲線線路長度L四、10kV電壓越限分析及控制方案10kV線路壓降?UX10不大于10kVx14%=1400V，可能出現(xiàn)線路末端電壓越下限或始端越上限。再者，因分布式新能源的接入，光伏發(fā)電的間歇性，使10kV線路電壓和光伏接入點電壓波動幅度加大，電能反送時光伏接入點反向壓降不大于+7%-7%范圍值。措施1、主變有載調(diào)壓根據(jù)負荷變化進行調(diào)整，同時加裝10kV線路無功補償使其無功平衡。首先加裝10kV線路無功補償，而且要根據(jù)負荷變化進行自動補償，減小或消除無功流動，使10kV線路時時處處無功平衡，減小壓降；然后主變有載調(diào)壓根據(jù)負荷變化進行調(diào)檔，使主變輸出電壓目標值為10kV+7%，實現(xiàn)整條10kV線路供電電壓不越限。措施2、采用有載調(diào)壓配電變壓器，同時加裝10kV線路無功補償使其無功平衡。首先加裝10kV線路無功補償，使10kV線路無功處處平衡，減小或消除無功流動，減小壓降，減小損耗；在10kV線路始、末兩端采用有載調(diào)壓配電變壓器(有載調(diào)壓變壓器占比約為各占10kV線路上變壓器總數(shù)的5%-10%)，即實現(xiàn)整條10kV線路供電電壓合格。UM104------------------------------------------------?UX10------------------------------------------------? tPPPtPPPtPtPPP10kV線路PtPPP10kV線路PPPPtPPP10kV線路大于（+7%-7%）大于（+7%-7%）10kV線路壓降?UX10大于10kVx14%=1400V時，必然造成線路末端電壓越下限，或始端越上限，或始、末兩端再者，因分布式光伏的接入，光伏發(fā)電的間歇性，使10kV線路電壓和光伏接入點電壓波動幅度加大，電能倒送時光伏接入點反向壓降大于+7%-7%偏差范圍值。首先采用場景3的控制措施，若達不到理想要求，再在線路中加裝調(diào)壓器，或采用（寬幅）有載調(diào)壓配電變壓器。措施1、采用(寬幅)有載調(diào)壓配電變壓器在10kV線路始端和末端的配電變壓器采用（寬幅）有載調(diào)壓配電變壓器(不顧及10kV線路的用戶供電電壓，只求低壓用戶供電電壓合格)。利用配電變壓器有載調(diào)壓保證低壓供電合格。措施2、加裝線路調(diào)壓器在10kV線路中加裝調(diào)壓器，與主變有載調(diào)壓協(xié)同控制，調(diào)壓器前段由主變控制完成，調(diào)壓器后段由調(diào)壓器控制完成，使整條10kV線路電壓穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)。UM10---------------------------------------------------? 10kV線路-血-10kV線路-血-10kV線路精細補償10kV線路UM10精細補償10kV線路---------------------------------------------------b自令增 10kV線路自令增10kV線路五、中、低壓電壓均越限分析及控制方案中壓線路、低壓線路壓降都不超限，但是可能出現(xiàn)中、低供電電壓均越限。10kV線路部分供電電壓越限，低壓線路部分供電電壓越限。同時采用場景1和場景3，兩種控制措施。主變壓器、配電變壓器兩級變壓器都要采用有載調(diào)壓，而且配電變壓器有載調(diào)壓必須根據(jù)負荷變化(或電壓變化)進行調(diào)檔；主變、10kV線路、配變，負載（即：站、線、變、戶），形成“四級補償兩級調(diào)壓”，控制順序應“先補償后調(diào)壓”，無功補償時末端優(yōu)先，自上而下無功平衡；調(diào)壓時源端優(yōu)先，自上而下調(diào)壓。上下協(xié)同進行電壓無功優(yōu)化控制，使供電區(qū)域內(nèi)電壓合格、損耗最小。10kV400V110kV10kV35kV精細補償用戶低壓線路VQC低壓10kV400V110kV10kV35kV精細補償用戶低壓線路VQC低壓110110kV10kV35kV精細補償五、中、低壓電壓均越限分析及控制方案中壓線路、低壓線路長度都較長，壓降都超限，造成10kV線路部分供電電壓越限，低壓線路電壓越限嚴重。除了采用場景7的控制措施以外，還要在10kV線路和低壓線路上，均加裝調(diào)壓器。形成“站、線、變、戶”四級補償兩級調(diào)壓，上下協(xié)同控制，使供電區(qū)域內(nèi)電壓合格、能效最優(yōu)。站站10kV400V低壓用戶VQC1010kV400V低壓用戶VQC10kV線路VQC低壓線路VQC六、關(guān)鍵設(shè)備1、變電站10kV緊湊型無功精細補償裝置（多分組電容器無功補償裝置）典型變電站24小時負荷曲線負荷是變化的，220kV-35kV變電站的負荷變化，晝夜24小時峰谷比通常為2至6倍。理想24小時補償曲線理想24小時補償曲線無功補償需要跟蹤負荷的變化進行補償，要把電容器多分組,根據(jù)負荷變化無功需求投切電容器組數(shù)，無論負荷怎么變化無功保持平衡。多分組電容器裝置主接線圖多分組電容器裝置，將各組電容器連接在一條母線上，構(gòu)成裝置內(nèi)部母線。六、關(guān)鍵設(shè)備1、變電站10kV緊湊型無功精細補償裝置（多分組電容器無功補償裝置）①占地空