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        10kV 配電母線電壓偏高的原因及應(yīng)對(duì)策略分析*

        2021-02-04 05:12:48謝湘寧王亞文趙莉萍
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年7期
        關(guān)鍵詞:投切調(diào)壓線電壓

        謝湘寧,王亞文,趙莉萍

        (1.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司西寧供電公司,青海 西寧 810000;2.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司,青海 西寧 810000)

        引言

        10kV 配電母線在目前的配電系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛,由于10kV 配電系統(tǒng)中的負(fù)荷變化較快,對(duì)配電系統(tǒng)的調(diào)壓性能要求較高。如果不能及時(shí)對(duì)配電系統(tǒng)的電壓進(jìn)行調(diào)整,則容易出現(xiàn)電壓偏高或偏低的情況,這些都不利于配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,故應(yīng)對(duì)配電母線電壓進(jìn)行優(yōu)化控制[1]。本文首先分析了10kV 配電母線電壓的影響因素和調(diào)壓原則,之后闡述了配電母線出現(xiàn)電壓偏高的原因和母線電壓優(yōu)化控制的具體原理,最后進(jìn)行了相應(yīng)的算例分析,結(jié)果表明本文所述的配電母線電壓優(yōu)化控制方法能夠解決地區(qū)電網(wǎng)電壓偏高的實(shí)際問題。

        1 10kV 配電母線的調(diào)壓原則

        1.1 10kV 配電母線電壓的影響因素

        配電母線的電壓水平和配電網(wǎng)中的負(fù)荷水平、無功功率等具有直接的關(guān)系,同時(shí)配電系統(tǒng)中的電容器、電抗器投切也會(huì)對(duì)配電母線電壓產(chǎn)生影響。為了保證10kV配電母線電壓穩(wěn)定,應(yīng)合理配置電容器、電抗器的容量,同時(shí)采用電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng),將變壓器分接頭、電容器、電抗器等調(diào)壓手段納入閉環(huán)控制系統(tǒng)中。

        1.2 調(diào)壓原則

        通過對(duì)配電母線進(jìn)行電壓調(diào)整,可以使得配電母線的電壓偏移量η 在允許的范圍內(nèi),電壓偏移量η 的計(jì)算公式如下式所示,一般10kV 配電母線的電壓偏差應(yīng)在±7%范圍內(nèi)。

        當(dāng)10kV 配電母線電壓接近允許極限時(shí),此時(shí)通過電壓控制策略的預(yù)估分析計(jì)算,決定采取何種調(diào)壓手段。對(duì)于配電母線的調(diào)壓原則,應(yīng)綜合考慮配電母線的電壓允許范圍、系統(tǒng)的無功功率情況、系統(tǒng)網(wǎng)損、負(fù)荷波動(dòng)情況和可采取的調(diào)壓手段等,決定采取哪種方式調(diào)壓,一般可以采取九區(qū)圖控制方式,其控制策略如圖1 所示。

        圖1 九區(qū)圖電壓控制策略

        在圖1 中的九區(qū)圖電壓控制策略中,主要的控制參數(shù)包括電壓U 和無功功率Q,主要的運(yùn)行狀態(tài)包括電壓過高、過低和合格。當(dāng)系統(tǒng)的無功功率不足時(shí),可以通過投入電容器設(shè)備,補(bǔ)充系統(tǒng)所需的無功。

        2 10kV 配電母線電壓的優(yōu)化控制模型

        2.1 10kV 配電母線電壓偏高的原因分析

        通過對(duì)某地區(qū)電網(wǎng)的多時(shí)空斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算,并歸納總結(jié),得出10kV 配電母線電壓出現(xiàn)偏高的原因主要包括以下幾類:一是在平常夜間等負(fù)荷較小的時(shí)段,此時(shí)配電母線電壓容易出現(xiàn)偏高。二是在節(jié)假日的負(fù)荷低谷時(shí)期,10kV 配電母線電壓偏高現(xiàn)象也較為嚴(yán)重。三是變壓器的變比設(shè)置和本地區(qū)的負(fù)荷特性不合適,此時(shí)110kV、220kV 等高壓側(cè)電壓合格,但10kV 低壓側(cè)電壓偏高。四是地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)的主變負(fù)載率不高,如在經(jīng)濟(jì)不夠發(fā)達(dá)的縣級(jí)電網(wǎng)中,負(fù)荷增長(zhǎng)較慢,負(fù)荷性質(zhì)也大部分為居民用電負(fù)荷,導(dǎo)致變壓器負(fù)載率長(zhǎng)期偏低,也容易出現(xiàn)10kV 配電母線電壓偏高的現(xiàn)象[2]。在這些地區(qū)電網(wǎng)中,電容器長(zhǎng)期都不需要投入,在節(jié)假日等輕負(fù)荷期間,還會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的無功功率倒送的情況。五是10kV出現(xiàn)電纜線路占多數(shù)的配電母線,也容易出現(xiàn)電壓偏高的情況。此時(shí)由于電纜線路的對(duì)地電容較大,線路的充電功率也在一定程度提高了電壓。六是10kV 配電母線中的部分專變用戶出現(xiàn)了倒送無功功率的現(xiàn)象,導(dǎo)致母線電壓偏高。在夜間負(fù)荷低谷時(shí)期,這些專變用戶應(yīng)適當(dāng)調(diào)整無功補(bǔ)償設(shè)備的無功輸出功率,防止10kV 配電母線出現(xiàn)電壓偏高的現(xiàn)象。七是變電站中的無功補(bǔ)償裝置故障率較高,在需要進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)時(shí)無法發(fā)揮作用[3]。八是測(cè)量PT 系數(shù)設(shè)置不對(duì)或PT 裝置故障,導(dǎo)致測(cè)量的母線電壓數(shù)據(jù)不準(zhǔn),調(diào)度主站收到的數(shù)據(jù)顯示配電母線電壓偏高。本文主要針對(duì)前六種類型的10kV 配電母線出現(xiàn)電壓偏高原因,采取具體的電壓應(yīng)對(duì)策略和治理措施。

        2.2 優(yōu)化控制基本原則

        電壓優(yōu)化控制需要綜合考慮系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況,保證調(diào)節(jié)本母線電壓的同時(shí),不應(yīng)對(duì)其他區(qū)域電壓造成影響。一般而言,當(dāng)配電母線電壓越限時(shí),應(yīng)生成投切無功設(shè)備的電壓控制策略,以消除母線電壓越限的情況。如果判斷當(dāng)投切無功設(shè)備后,電壓恢復(fù)正常,同時(shí)也沒有出現(xiàn)較大的無功倒送等情況,則可以直接投切無功設(shè)備[4]。如果當(dāng)投切無功設(shè)備后,某條配電母線電壓出現(xiàn)了越限的情況,則應(yīng)細(xì)化電壓控制策略,如先使變壓器的分接頭動(dòng)作,再投切無功設(shè)備,確保母線不出現(xiàn)電壓越限的情況。

        電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中,需要在滿足各個(gè)約束條件的前提下,優(yōu)化系統(tǒng)的無功分布和調(diào)壓設(shè)備的控制策略[4],只有經(jīng)過預(yù)估當(dāng)采用所生成的電壓控制策略后,不會(huì)對(duì)其他母線電壓造成影響,才可以將電壓控制策略下發(fā),完成電壓調(diào)節(jié)過程。在實(shí)際的控制過程中,以變壓器的控制為例,如果高壓側(cè)無功已經(jīng)合理,則優(yōu)先調(diào)節(jié)分頭,如分頭不可調(diào),則投切無功設(shè)備。如果高壓側(cè)無功不合理[5],并且無功的調(diào)節(jié)方向與中低壓側(cè)電壓一致,則優(yōu)先投切無功設(shè)備,如果無功設(shè)備不可投切,則調(diào)節(jié)分頭。這些在電壓控制的過程中,也應(yīng)考慮到電壓控制模型中,保證電壓控制策略的合理。

        2.3 電壓優(yōu)化控制模型

        對(duì)于配電母線的電壓優(yōu)化模型,可以以電壓偏移量最小、調(diào)壓設(shè)備動(dòng)作次數(shù)最少、無功網(wǎng)損最小作為多目標(biāo)函數(shù),如式(2)所示。

        式(2)中 NR、NX和 NB分別為電容器、電抗器和有載變壓器分接頭的調(diào)壓動(dòng)作次數(shù)。對(duì)于電壓優(yōu)化模型中的約束條件,主要包括等式和不等式約束,等式約束主要是功率平衡約束,如式(3)。

        不等式約束主要包括無功上下限約束、節(jié)點(diǎn)電壓上下限約束和支路潮流約束等,分別如式(4)~(6)所示。

        優(yōu)化控制模型建立之后,可以采用人工智能算法對(duì)所建立的優(yōu)化控制模型進(jìn)行求解。模型求解之后,可以得出相應(yīng)的配電母線電壓控制策略。

        3 仿真分析及電壓應(yīng)對(duì)策略

        3.1 計(jì)算結(jié)果

        根據(jù)某地區(qū)電網(wǎng)的多時(shí)空斷面數(shù)據(jù)和網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),構(gòu)建出配電母線電壓控制模型,并通過對(duì)電壓控制模型進(jìn)行求解,得出相應(yīng)的電壓控制策略。10kV 配電母線分布在各個(gè)電壓等級(jí)的變電站中,由于220kV 變電站的系統(tǒng)容量較大,電壓穩(wěn)定較高,故調(diào)壓設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)較少,110kV 變電站和35kV 變電站的動(dòng)作次數(shù)較多。以110kV 變電站為例,通過在該變電站10kV 側(cè)加裝10MVar 的電抗器,10kV 母線電壓降至 10.3~10.4kV。當(dāng)加裝 15MVar 的電抗器,10kV 母線電壓降至 10.0 ~10.2kV,降壓效果較為明顯。此外從全年的時(shí)間尺度來看,每個(gè)月的調(diào)壓設(shè)備動(dòng)作次數(shù)也不同,通過選取每個(gè)月的典型負(fù)荷曲線和發(fā)電曲線,計(jì)算得出的該變電站每個(gè)月份的調(diào)壓設(shè)備動(dòng)作次數(shù)如圖2 所示。

        圖2 某110kV 變電站調(diào)壓設(shè)備的動(dòng)作折線圖

        從上圖2 可知,在母線電壓的調(diào)節(jié)過程中,電容器和電抗器的動(dòng)作次數(shù)比變壓器分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)偏多,因?yàn)橄到y(tǒng)的無功功率分布調(diào)節(jié)主要需要依靠電容器和電抗器的投切才能完成,調(diào)整變壓器分接頭的位置只能在較小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電壓。

        3.2 電壓應(yīng)對(duì)策略及治理措施

        根據(jù)上述10kV 配電母線電壓偏高問題的分析,具體的電壓優(yōu)化策略及治理措施如下所述:首先在10kV配電母線經(jīng)常出現(xiàn)電壓偏高的變電站,根據(jù)負(fù)荷容量和主變?nèi)萘考友b一定容量的電抗器。其次,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)10kV配電系統(tǒng)的無功管理,特別是專變用戶的夜間無功管理,防止出現(xiàn)無功倒送的情況。再次,強(qiáng)化對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)維,保證設(shè)備能夠正??煽縿?dòng)作。在具有光伏等新能源上網(wǎng)的配電線路,應(yīng)保證光伏電站內(nèi)的SVG 等無功調(diào)壓設(shè)備處于開機(jī)運(yùn)行狀態(tài),降低光伏并網(wǎng)對(duì)配電系統(tǒng)電壓的影響,并提供相應(yīng)的電壓支撐。最后,應(yīng)提高自動(dòng)調(diào)壓控制系統(tǒng)(AVC)閉環(huán)運(yùn)行的覆蓋率,全面改善地區(qū)配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。通過在配電系統(tǒng)中采用自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng),能夠有效解決配電母線電壓過高或過低的問題,有效管控配電母線電壓指標(biāo)。隨著配電母線調(diào)壓技術(shù)的發(fā)展,母線電壓的穩(wěn)定性也會(huì)得到提高,保證配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

        4 結(jié)束語

        10kV 配電母線電壓的影響因素較多,應(yīng)針對(duì)10kV配電母線出現(xiàn)電壓偏高的原因,制定配電母線電壓的可行性治理措施,提高配電母線電壓的運(yùn)行穩(wěn)定性。本文詳細(xì)分析了10kV 配電母線電壓優(yōu)化控制模型和控制原理,并提出了具體的電壓偏高應(yīng)對(duì)策略,在實(shí)際地區(qū)電網(wǎng)配電母線的控制中加以應(yīng)用。

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