郭 裊，張 浩，徐冰亮，孫承志，胡遠(yuǎn)婷，王 旭

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱150030;2.東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林吉林132012)

0 引言

黑龍江電網(wǎng)位于東北電網(wǎng)的最北端，按地理位置、運(yùn)行特點(diǎn)可以分成東部網(wǎng)、中部網(wǎng)、西部網(wǎng)部分。東部網(wǎng)與中部網(wǎng)及省間通過四回500 kV線路聯(lián)系，西部網(wǎng)與中部網(wǎng)間通過三回500 kV線路相聯(lián)。黑龍江電網(wǎng)日益復(fù)雜化，使電壓穩(wěn)定性問題越來越受到調(diào)度和運(yùn)行部門的密切關(guān)注。黑河電網(wǎng)、大興安嶺環(huán)網(wǎng)，220 kV雙-和-饒-前-建環(huán)網(wǎng)及雙-和-虎環(huán)網(wǎng)從結(jié)構(gòu)上看，都為遠(yuǎn)距離單回大環(huán)網(wǎng)，電壓穩(wěn)定性突顯重要，所以運(yùn)行中要根據(jù)環(huán)網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整相關(guān)無功補(bǔ)償設(shè)備，保證環(huán)網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［1-2］;對(duì)此，本文對(duì)以上環(huán)網(wǎng)線路的電壓運(yùn)行情況進(jìn)行了計(jì)算分析，并針對(duì)電網(wǎng)電壓薄弱環(huán)節(jié)提出了解決方案和實(shí)施措施。

1 電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP

1.1 PSASP的簡要介紹

電力系統(tǒng)分析綜合程序(Power System Analysis Software Package)，簡稱PSASP，是具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型軟件包，開發(fā)至今，已被國內(nèi)電力設(shè)計(jì)院、研究院和調(diào)度、規(guī)劃部門廣泛使用。PSASP不僅功能強(qiáng)大而且具有方便友好的圖形界面，便于操作和使用。隨著軟件的不斷完善和升級(jí)，目前PSASP可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、網(wǎng)損等各種計(jì)算，涉及了穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、線性、非線性各種分析。

1.2 潮流計(jì)算分析方法

潮流計(jì)算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)計(jì)算。潮流計(jì)算是否收斂，不僅與被計(jì)算的系統(tǒng)有關(guān)，而且和所選用的計(jì)算方法也緊密相關(guān)。牛頓法(功率式)的數(shù)學(xué)模型是在基于節(jié)點(diǎn)功率平衡方程式的基礎(chǔ)上應(yīng)用牛頓法形成修正方程，再求每次迭代的修正量在保證精度的前提下具有很好的收斂性［3-4］，所以，目前主要采用牛頓法(功率式)進(jìn)行潮流計(jì)算分析，其計(jì)算流程如圖1所示。

圖1 牛頓法(功率式)潮流計(jì)算流程

2 黑龍江環(huán)網(wǎng)線路電壓計(jì)算分析

采用2010年黑龍江冬季大負(fù)荷數(shù)據(jù)作為運(yùn)行方式計(jì)算分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用N-1原則對(duì)黑龍江主網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算，分析薄弱線路;并計(jì)算任一線路、變壓器及發(fā)電機(jī)組斷開前后主網(wǎng)中每個(gè)變電站母線電壓變化，從海量數(shù)據(jù)中篩選出變化最大的5個(gè)變電站母線，即得到某個(gè)元件斷開對(duì)主網(wǎng)電壓影響最大的5個(gè)變電站及電壓變化量，然后用其繪制電壓變化曲線，力求母線電壓變化規(guī)律。

2.1 大興安嶺環(huán)網(wǎng)電壓計(jì)算分析

大興安嶺電網(wǎng)由總長1 041 km單回220 kV線路環(huán)網(wǎng)方式供電，其潮流、電壓問題都很突出，在環(huán)網(wǎng)N-1分析中極具代表性。大興安嶺環(huán)網(wǎng)N-1電壓變化如圖2所示。

由圖2(a)可知:興漠線斷開對(duì)漠河變220 kV母線影響最大，使其電壓下降18.9 kV;塔漠線斷開對(duì)漠河變母線影響也是最嚴(yán)重的，使其電壓下降40.8 kV;塔興線斷開對(duì)興安變影響最大，使其高壓側(cè)母線電壓下降39.4 kV。

圖2 大興安嶺環(huán)網(wǎng)N-1電壓變化

由圖2(b)可知:拉嫩線斷開后，漠河變、興安變母線電壓降低近43 kV。從計(jì)算結(jié)果來看，大興安嶺環(huán)網(wǎng)中部分線路跳閘后，負(fù)荷通過長距離單回線路帶送，末端系統(tǒng)電壓調(diào)整存在較大困難;拉嫩線、塔漠線、塔興線跳閘后，末端系統(tǒng)甚至存在電壓崩潰的可能。

2.2 雙-和-饒-前-建環(huán)網(wǎng)電壓計(jì)算分析

黑龍江東部網(wǎng)中的220 kV雙-和-饒-前-建環(huán)網(wǎng)及雙-和-虎環(huán)網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較薄弱，雙-和-饒-前-建環(huán)網(wǎng)中部分線路跳閘后，會(huì)對(duì)該環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)電壓造成嚴(yán)重影響。在春灌期間負(fù)荷變化較大，電壓問題較為復(fù)雜，需結(jié)合計(jì)算結(jié)論采取相應(yīng)的安全控制措施，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。雙-和-饒-前-建環(huán)網(wǎng)N-1電壓變化如圖3所示。

由圖3可見，雙興甲線斷開對(duì)雙-和-饒-前-建環(huán)網(wǎng)電壓影響不大，但平饒線斷開會(huì)使饒河變電壓下降16.1 kV;正常方式前繞線的無功由饒河變流至前鋒變，給前鋒變提供電壓支撐，前饒線斷開后，前鋒變失去此無功支撐，使其電壓下降15.1 kV，而同時(shí)使饒河變電壓升高3.1 kV，因此可考慮在前鋒變投切無功補(bǔ)償設(shè)備。

圖3 雙-和-饒-前-建環(huán)網(wǎng)N-1電壓變化圖

2.3 雙-和-虎環(huán)網(wǎng)電壓計(jì)算分析

雙-和-虎環(huán)網(wǎng)是黑龍江省東部網(wǎng)中另一遠(yuǎn)距離單回大環(huán)網(wǎng)，雙-和-虎環(huán)網(wǎng)N-1電壓變化如圖4所示。

圖4 雙-和-虎環(huán)網(wǎng)N-1電壓變化圖

由圖4可知雙平線對(duì)該環(huán)網(wǎng)的電壓支撐作用非常明顯。一旦雙平線故障斷開，就意味著該環(huán)網(wǎng)失去雙A廠的無功支撐，各變電站電壓將急劇下降。

3 提高環(huán)網(wǎng)電壓水平的方案和措施

依據(jù)上述對(duì)環(huán)網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的分析提出以下3種方案和措施對(duì)環(huán)網(wǎng)電壓水平進(jìn)行優(yōu)化。

a.針對(duì)拉嫩線故障，可采取解列呼黑線或在塔河變安裝無功補(bǔ)償裝置，使該地區(qū)電壓調(diào)整能力得到增強(qiáng)。

b.前饒線、平饒線故障斷開后，可采取在前鋒變加裝無功補(bǔ)償裝置以保證雙-和-饒-前-建單環(huán)網(wǎng)的電壓穩(wěn)定。

c.雙平線故障后，可采取切除前鋒變、建三江變、富錦變負(fù)荷的方案來保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 效果對(duì)比

a.通過計(jì)算，拉嫩線出現(xiàn)故障后，在塔河變加裝容量為28 Mvar的無功補(bǔ)償裝置，可有效改善大興安嶺地區(qū)的電壓質(zhì)量。塔河變加裝無功裝置前后的電壓幅值波動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 塔河變加裝28 Mvar無功補(bǔ)償前后電壓波動(dòng) kV

b.通過計(jì)算，前饒線出現(xiàn)故障后，在前鋒變加裝容量為24 Mvar的無功補(bǔ)償裝置，對(duì)雙-和-饒-前-建單環(huán)網(wǎng)的電壓穩(wěn)定具有積極意義。加裝無功裝置前后電壓幅值波動(dòng)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 前鋒變加裝24 Mvar無功補(bǔ)償前后電壓波動(dòng) kV

c.通過計(jì)算，平饒線出現(xiàn)故障后，在前鋒變加裝容量為20 Mvar的無功補(bǔ)償裝置，加裝前后電壓幅值波動(dòng)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 前鋒變加裝20 Mvar無功補(bǔ)償前后電壓波動(dòng) kV

d.雙平線出現(xiàn)故障后，由于缺少雙A廠的無功支持，和平變及其附近的變電站母線電壓下降幅度偏大，此時(shí)切除前鋒變、建三江變、富錦變負(fù)荷，可有效加強(qiáng)該地區(qū)的電壓穩(wěn)定性。切負(fù)荷前后電壓幅值波動(dòng)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 切負(fù)荷前后電壓波動(dòng) kV

5 結(jié)論

應(yīng)用PSASP軟件對(duì)黑龍江220 kV線路環(huán)網(wǎng)電壓進(jìn)行了潮流計(jì)算分析，并根據(jù)計(jì)算分析數(shù)據(jù)找到220 kV線路環(huán)網(wǎng)電壓變化規(guī)律，提出了相應(yīng)解決辦法。實(shí)踐證明，該方法可有效地提高黑龍江電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量，使電網(wǎng)系統(tǒng)電壓合格率能夠維持在較高的水平，保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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