首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 电力工业论文 > 含水电集群电网事故方式下电压过高分析及处置方法

含水电集群电网事故方式下电压过高分析及处置方法

2024-09-18 143 上传者：管理员

摘要：电网故障后运行方式的改变，易导致部分区域电压不合格，尤其是在小水电集群并网处严重影响着供电质量和电网安全。文章以某线路故障后小水电并网区域电压过高事件为背景，利用传输线路压差公式及其推导思维分析该事件电压异常的本质原因，从而确定了处置思路和方法，进而考虑短期实际调度运行需要，提出了小水电有功精细化控制方案。考虑长期电网规划需要，提出了无功装置配置方案，并应用PSASP仿真模型对所提方案进行计算和验证。文章针对性分析了该事件电压异常原因，提出的短期和长期方案有良好效果，具有一定的实际工程应用参考价值。

关键词：
小水电集群
无功配置
电力系统
电压幅值
电压异常
加入收藏

电力系统中，发、输、配、变和用电各环节的电压幅值偏高或偏低都会造成不利影响，因此电压在实际电网运行中备受关注[1- 2]。对电网而言，电压过高会增加电网损耗，易超出电气设备正常运行绝缘水平，易损坏电气设备增加事故风险[3];电压偏低则会无法为用户保证合格的用电质量[4]。对用户而言，电压过高会危害用户用电设备、影响用户用电安全等；电压偏低则会影响设备正常运行工况和用户生产质量[5]。例如影响电动机或含电力电子装置的高精密设备的正常运行[6]。

一般情况下，合理的电网规划、电压调控手段和运行方式可保证电网电压在合格范围内动态变动[7- 8]。然而，在湖南省4—6月降雨量充沛时段，为充分利用水力资源，经35 kV电网并网的小水电机组出力增加，同时雨季恶劣的天气情况对输电线路带来严峻考验，易发生输电线路故障[9]。电网发生线路故障后，其运行方式将发生改变，部分含小水电集群并网的35 kV电网易出现电压过高问题[10]。电压过高会对电网的安全稳定运行和用户的安全高质量用电带来不利影响[11]。

因此，文章以湖南省某地级市线路故障后小水电并网区域电网电压过高事件为背景。首先，通过对比该事件前后运行方式的变化，并利用输电线路两端电压差分析该事件电压过高的主要原因。其次，针对电压过高的原因，考虑电网运行的要求，在利用当前可调控手段对电压进行调控后，从短期考虑对小水电有功出力进行论证下的精细化控制，从长期考虑配置合适的无功吸收装置。最后，对该事件进行剖析，从电网规划、检修安排和调度运行等方面提出有效建议。

1、含水电集群电网事故概述

如图1所示，正常运行方式下A至G小水电经B变35 kV并网，B变经35 kV线路BD线到D变，D变再经35 kV线路DF线连接F变，F变与C变有35 kV线路FC线，正常情况下FC线在F变侧开环运行(图中×为开环点)。电网各处电压均在合理范围内，即35 kV电压等级设备电压在35～38.5 kV之间；10 kV电压等级设备电压在10～10.7 kV之间。图1中所有变电站没有配置无功吸收装置。

图1正常电网运行方式图

某日18时49分，110 kV AB线跳闸，短时间内无法恢复运行，B变全站失压。B变35 kV并网水电站总出力约20 MW,面临弃水。为恢复水电站并网，决定通过CF线—DF线—BD线带B变35 kV母线，并通过B变#1主变(三绕组变压器)中压侧35 kV带低压侧10 kV负荷，并为A至G小水电提供并网通道，事故下运行方式如图2所示。

图2 AB线路跳闸后电网运行方式图

19时15分，B变35 kV母线带电，并恢复10 kV供电。随后A小水电站恢复并网，19时50分出力达13.8 MW。同时，B变35 kV母线电压上升超出规定范围，19时50分达41.85 kV。为降低B变35 kV电压，调度采取途经所有小水电降低无功出力为0 Mvar, 并调节C变主变档位调控C变35 kV母线电压，B变35 kV母线电压仍然过高，并基本维持在39 kV至40 kV之间，除限制小水电出力外已经没有其他常规调控手段。由于小水电出力限制影响众多相关指标，因此限制出力需精确计算。

2、水电并网区域电压过高分析

根据上述事故概述可知，AB线停电检修，B变所接水电只能经BD线、DF线和FC线并网，造成B变35 kV电压过高。在电力系统中，影响电压的重要因素包括潮流、变压器变比等，显然本次电压过高是电网运行方式改变，从而影响电网潮流改变，因此需要分析潮流对电压的影响。35 kV及以下输电线路选取输电阻抗模型[12],其传输电路及电压相量图如图3所示。

图3传输电路及电压相量图

(a)传输电路(b)电压相量

输电线路首、末端电压关系的表达式如式(1)所示。

分别为线路首端和末端电压相量，kV;S2为末端功率，MVA;

为线路上压降，kV。

为方便分析，令

则首端电压有效值如式(2)所示。

对于传输线路，一般来说U2+ΔU远远大于δU,因此U1可用式(3)表示。

则首、末端电压差如式(4)所示。

经过上述阻抗模型的输电线两端电压推导可知，在实际工作中选取式(4)进行电压差ΔU估算。查询B变至C变线路数据如表1所示。

表1线路参数表

通常情况下，当电阻远小于电抗时，无功是影响电压的主要因素。由表1可知，在本次事件35kV线路中电阻数量级与电抗相当，因此小水电的有功经BD线—DF线—FC线到C变的并网电压降不可忽视，这也是本次事件采取常规电压调控手段后仍电压过高的原因。

结合式(4)可得，事件处置过程中降低小水电的无功出力，从而降低线路电压差。调整C变档位，降低C变35kV母线电压，从而降低端电压U2。上述方法均取得了一定效果，并从原理上得到论证。然而，如需进一步调控电压，只能从有功调节上动手，但小水电的有功与电网相关指标和弃水量息息相关，因此需要先精确计算，才能进行实际调整。

3、小水电有功精细化控制与无功配置方案

3.1 小水电有功精细化控制

为满足B、C变35 kV母线电压在35～38.5 kV之间的要求，结合式(3)可知当U2电压越低，则ΔU的可调裕度更大，因此C变可通过站内或者上级电网配合调整使其35 kV母线电压最低为35 kV左右，从而为小水电有功并网预留出更大的裕度。结合图1、表2和式(4)可知，当小水电输入相同的有功时，与C变的电气距离越远，其压差越大，因此小水电限制优先级依次为A、B、……、J小水电。

利用PSASP仿真软件建模[13-14],将事件发生时对应的出力和负荷数据录入，如表2和表3所示。

表2事件发生时小水电出力情况表

表3事件发生时变电站负荷情况表

PSASP中设置C变110 kV电压为平衡节点，C变35 kV母线电压为PV节点，数值为35 kV(实际电网中可通过调节C变的变压器档位或上级电网配合实现),其他位置为PQ节点。验证得到，当A小水电有功出力限制到6.7 MW时，A变电压可控制在38.5 kV左右。

此外，调度员可利用所建立的PSASP模型，将负荷、小水电处理预测数据填入潮流计算方案。如果计算后A变35 kV电压满足要求，则不需要调整各小水电有功出力。如果A变35 kV电压不满足，则按照小水电限制优先级限制出力，直到A变35 kV电压满足要求。

3.2 无功配置方案

因线路阻抗无法改变且C变最低合格电压为35 kV的要求无法改变，深入分析式(4)可知，如果能让BD线—DF线—FC线上的有功与无功流向相反，可以使得ΔU为0 kV甚至为负数，从而从根本上解决本次事件中电压过高问题，并避免弃水电问题。与3.1节中有功限制分析思路相同，无功吸收装置配置于B变的效果最好，并考虑最大水力出力的极端情况，即变电站负荷以最小考虑，小水电出力以最大考虑，如表4和表5所示。

表4最恶劣情况下变电站负荷情况表

长期规划中应该考虑一定裕度，即C变35 kV电压取合格中间值36.75 kV,负荷与小水电出力如表4和表5所示，PSASP中设置与3.1节中相同。以配置容量最小为目标，并考虑工程安装常见的可选择的容量。验证得到，在A变安装容量为10 Mvar并联电抗器，电压基本符合要求，但此时该35 kV电网的网损将有一定上升。

4、结论

文章以某线路故障后小水电并网处电网电压过高事件为背景，利用传输线路压差公式分析并揭示了本次事件电压过高的本质原因。基于电压过高分析，提出了适用于短期的小水电有功精细化控制方案和长期规划的无功配置方案。小水电有功精细化控制方案确定了小水电有功限制优先级，并利用PSASP仿真软件建立模型进行验证和应用，为小水电有功控制提供了有效依据；无功配置方案以最恶劣的情况为前提，确定了无功补偿装置的安装地点和容量，可为电网规划提供有效参考。

参考文献:

[1]王瑶娟.中低压配电网电压偏差问题的解决措施[J].科技创新与应用,2015(10):170.

[3]黄细琴.小水电上网对配网线损影响的解决措施[J].农村电气化,2018(6):78.

[4]张航.含小水电的配电网过电压治理方案研究[D].汉中:陕西理工大学,2019.

[6]成天乐,蒋银华,刘科明,等.面向发射基地的电压暂降影响分析及应对方案[J].湖南电力,2021,41(4):52- 56.

[7]陈锴,杨帆,唐剑,等.高比例磁控电抗器区域无功电压精准调控系统及控制策略研究[J].高电压技术,2022,48(5):1979- 1986.

[8]郑文迪,曾静岚,刘丽军.主动配电网电压分布评估及其调节策略[J].电力系统及其自动化学报,2017,29(8):49- 56.

[9]秦福欣,孔海洋,宋馥滦.多措并举降低10 kV配电线路故障率[J].农村电工,2022,30(3):42- 43.

[10]陈辉,王文烨,熊龙珠,等.小水电退网对地区电网潮流分布的影响[J].湖南电力,2020,40(6):12- 17.

[11]覃平俊.肇庆电网电压偏高问题原因分析及改善措施[D].广州:华南理工大学,2021.

[12]陈珩.电力系统稳态分析[M].3版.北京:中国电力出版社,2007.

[13]李惜玉,陈俊坡,周可盈.基于Matlab/Simulink与PSASP的潮流计算[J].实验科学与技术,2017,15(1):46- 49.