抑制含小水电配电网稳态过电压的无功配置方法-论文.pdf

甘肃电力技术1抑制含小水电配电网稳态过电压的无功配置方法王文华魏博。甄文喜(国网甘肃省电力公司兰州供电公司甘肃省兰州市730000国网甘肃省电力公司电力科学研究院甘肃省兰州市730050)【摘要】详细分析了有小水电接入的配电网在丰水期小方式系统电压偏高问题，建立了小水电丰水季节小方式的配电线路仿真模型，提出了水轮发电机进相运行、加装并联电抗器等改善策略，着重对比了在小水电高低压侧进行无功补偿的效果，并提出了感性无功补偿电抗器安装地点和容量的选择。理论与实际仿真结果表明，在小水电升压变低压侧加装并联电抗器补偿时，电压控制能力显著增强，具有良好的实用价值和可操作性。【关键词】小水电无功电压进相并联电抗器配电网用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几0引言百千乏不等，根据用户负荷水平的波动投入相应数小水电的大力开发有效缓解了农村电网电力供量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变应紧张的现象，但是由于小水电大多分布于离负荷用户的功率因数，实现无功的就地平衡，对配电网中心较远的山区，输电距离远且导线线径小，而且和配电变的降损有一定作用，也有助于保证该用户小水电大都是径流式，缺乏调节能力，配电网有功、的电压水平。但上述无功补偿方式，主要是采用并无功分布呈明显的季节性变化，致使系统电压波动联电容器来补偿低压用户的无功需求及配电线路及严重。水电大发季节10kV配电线路末端电压达到变压器的无功损耗，旨在改善负荷较重时线路电压12kV甚至更高，不仅对用户侧电气设备造成危害，偏低的问题。但是对于含有小水电导致配电线路末还导致小水电站机端电压高、危及发电机组的安全，端电压越上限的稳态过电压的情形，容性补偿装置也严重影响了配电网的安全经济运行。无能为力。含有小水电的配电线路电压经常超越上限形成对于电网元件，其电压损耗是稳态过电压，已经成为近年来我国配电网电压无功AV=(PR+QX)／v(1)管理方面最为头疼的问题，迫切需要解决。但是在当配电线路末端存在电源时P和Q将出现倒流，以往的无功平衡和电压分析计算中，对于无功功率则由上式可知线路末端比变电站端高出一个正值的不足和系统电压偏低的研究关注的较多口。而对于电压差AV，P或者Q越大，△V越大。一般来说，山小水电在丰水期和系统负荷较轻的情况下，无功过区配电线路末端导线线径都比较小，所以R比较大，剩和系统电压偏高是应当关注的问题。线路越长，R也越大。这就是分布式发电越多、倒送功率越大，线路越长，导线越细，末端电压就越高1理论分析的原因。由公式(1)可知，如果增大导线的线径，减以往采用的无功配置方法多为低压集中补偿方小线路电阻和电抗，可以缓解线路末端电压过高的式，即在配电变压器380V侧进行集中补偿，通常采问题。但从实际来看，更换配电线路实施起来具有 2抑制含小水电配电网稳态过电压的无功配置方法一定难度，且成本较高，因此不宜采用。另一方面，会产生一个压降△。而当并联电抗器安装在升压如果小水电从电网中吸收无功，则无功的方向与有变的380V侧时，流过1／kZT的功率则会减少，引起功方向相反，由式(1)可知P和Q正好可以部分或者的压降△必然小于△V1，因此配电线路末端电压全部抵消掉有功在电阻上造成的电压降，因此，在值一定会比电抗器装在高压侧时低。当小水电进相丰水期如果小水电能够消耗无功(比如进相运行或运行时，P和Q方向相反，当电抗器安装在380V侧者在小水电端装有并联电抗器补偿)，则电压偏高的时，流过t／kZ~的无功功率必然比电抗器安装在lOkV问题就可以得到很好的解决。侧时多，由dV=(PR-QX)／V可知，Q越大，则dV越因此，为了解决电网中无功功率过剩的问题，小，相应的配电线路末端电压也就越低。因此，无一种方法就是利用发电机的进相运行，另一种则是论小水电是进相运行还是迟相运行，并联电抗器安配置足够容量的并联电抗器来吸收这部分过剩的功装在低压侧时的降压效果都要优于安装在高压侧。率和调整电压。在技术条件上小水电机组可以进相运行，经过潮流计算验证，发电机适度进相运行能对小水电大量接入的电网丰水期低谷负荷时过高电压起到很好的抑制效果。但在实际运行中，小水电机进相实施起来有一定难度。主要有以下几点原因：(1)缺乏进相运行的试验和具体的操作规程。尤其是缺乏小水电机组的进相运行经验，致使发电厂运营商不愿意在电压较高时实施进相。(2)小水电厂的机组运行值班人员素质相对不高，进相运行增大了一定的运行难度，发电厂运营商不希望增加成本。图1理论分析(3)传统的功率因数考核措施也在一定程度上限制了进相运行的实施。按小水电额定出力的满发下且功率因数为(4)小水电厂传统的思想观念，认为进相运行0．90～0．95时发出来的无功功率全部由电抗器吸没什么作用。收掉，0．90时Q／P=O．4359，而0．95时Q／P=O．3123，(5)对该小水电网来说，梯级电站和其它水电为此，电抗器的补偿总容量可以取为发电机额定容站形成了一条串接线路接入上一级电网。导致小水量的30％40％来要求配置。若小水电以功率因数1．0电厂认为电网电压过高与自己没什么关系，因此不运行，则在小水电站配置该范围值的低压并联电抗会主动采取措施控制电压，反而出于经济利益的考器后，升压变压器的功率因数约在超前0．95左右，虑，保证自己的出力，抬升了输电线路电压。尚不至于影响小水电输送额定有功功率；另外，电(6)虽然短时间的进相运行不会影响机组的有抗器容量过大将超过小水电站业主的承受能力，过功出力，发电机出口电压降低很小。但长时间的进小则抑制稳态过电压能力不足，故推荐补偿总容量相运行还是会对有功出力和机组稳定性造成一定影取为发电机额定容量的30％~40％。响，因此小水电站不愿意承担此风险。因此，相比而言配置并联电抗器是解决电网无2建模仿真功过剩问题的一种较为有效的手段。但是并联电抗如图2所示，利用配电网节能降耗分析软件建器的安装位置怎样选取更加合理，需要深入研究并立一个末端带有小水电的配电线路模型。导线型号论证。为LGJ-95，每段线路长9km。两台升压变容量50kVA，假设小水电站内的升压变变比为0．38／10。当小变比均为0．38／lO。1、2、3号节点的有功负荷分别水电发出少量无功时，此时P和Q的方向一致。由为50kW、30kW和20kW。两台小水电有功出力均设置变压器的n型等值电路可知，如果并联电抗器安装为500kW，无功出力设为零。lOkV侧时，小水电发出的功率流过等效阻抗1／ 抑制含小水电配电网稳态过电压的无功配置方法31o／o．38小水电l10kV侧装并联电抗器，即使1、2号小水电同时补偿，变末端电压仍然位于越上限的i0．756kV。而在1、2号升压变低压侧同时加装200kvar并联电抗器后，末端电压被拉回到l0．61ikV的正常范围。由以上仿真结果可以看出，在380V侧安装并联图2仿真模型电抗器的降压效果明显优于安装于10kV侧，这与理进行初始潮流计算，结果如表1所示论分析的结果完全一致。小水电不发无功时计算结果3应用实例表1下面以某电网35kV变电站10kVF20实际配电线路为应用实例做进一步说明。该线路包含7座水电站共12台升压变压器，小水电总装机容量为3830kVA。盔5站由上表可知，不加并联电抗器时线路末端电压高达i0．938kV，已经超出了规定的电压上限。而在10kV侧或者380V侧加装一组200kvar的并联电抗器，电压的越限情况都有所缓解。对比来看，仅在1号小水电的10kV侧补偿时，电压由原先的10．938kV降到10．584kV，重新被拉回了正常范围。而在1号小水电的380V侧补偿时，电压降到了更为理想的i0．45kV。如果在l、2号小水电同时补偿，降压效果更加明显。其中，在l、2号小水电的380V侧同时补偿时，电压降到了i0．043kV。以上仿真是在小水电不发无功的情况下进行水舶5的，如果将小水电的无功出力设置成150kvar，其余图3应用实例实际接线图条件不变，重新进行仿真计算可得结果如下：小水电发无功时计算结果表2图4补偿前丰小方式线路节点电压由表2可知，当小水电发无功时线路末端电压进一步升高，达到11．451kV，严重越上限。如果在丰水期小方式下线路各节点电压如图4所示。 4抑制含小水电配电网稳态过电压的无功配置方法由图中可以看出，未进行补偿时线路各点电压均处随而来的是小水电在丰水期负荷低谷时大量发电，于较高水平，据统计，整条线路电压越限率高达造成系统感性无功过剩，电网电压过高。本文针对63．63％，最高电压为11．OOkV。小水电的这种影响进行了详细分析，并通过实际算无功补偿配置情况例，提出了相应的无功电压改善措施。表3(1)从理论和技术层面看，小水电网内水轮机进相运行对于解决配电线路末端节点电压升高问题有很好的效果，而且考虑到投资成本等因素，进相运行也具有一定优势。但是由于小水电站本身的技术限制和管理方面欠缺，导致此种方法应用较少。建议有条件的地区可以考虑。(2)发电机少发无功配合加装并联电抗器对于改善小水电引起的电压过高问题效果十分理想。仿真结果显示，在升压变低压侧加装相比lOkVO~UDiJ装电抗器降压作用显著，且投资更少，综合经济效益高。为了使得电抗器调压效果能够适应电压波动的需要，电抗器须增加自动控制开关。按照上述方法在小水电升压变低压侧配置感性无功补偿，电抗器容量取小水电发电机额定容量的参考文献3040％，具体取值见表3。1刘艺，叶胜，彭显刚等．小水电群区域电网电压优化控制的应用探讨．电力系统保护与控制，2010，38．2栗祥．小水电并网无功不足及其改善措施[J]．科技创新导报，2011，(8)：67—67．3张聪慧．含小水电的区域电网优化运行研究[D]．广东工业大学，2010．4陈琳．韶关市小水电上网功率因数考核研究[D]．华南理工大学，2006．5黄滇生，漾濞县．1OkY配网过电压分析[C]．2010年中国电机工程学会年会论文集．2010．图5补偿后丰小方式线路节点电压6徐燕芳，詹青云．沙畈水库二级电站无功进相运行试验[J]小水电，2011，(2)：57—59．图5所示为补偿后线路各节点电压效果。由上7白耀鹏．小水电接入电网对系统运行影响的研究[D]．北京述应用实例可以看出，采用本文所提出的无功补偿交通大学，2010．配置方法选取配置容量和补偿地点，能够有效改善8乔蕾，郭力，张尧等．基于最优潮流的分布式小水电无功考配电网在丰小方式下的电压调控能力，改善电压质9核方法[J]．电力系统及其自动化学报，2008，20(2)：88～93量，且兼具防盗和易于管理等特点。在实际情况下，10林梓先．小水电上网地区的电压调整与管理[J]．广东输为了使得并联电抗器调压效果能够适应电压波动的电与变电技术，2008，(1)：14—16．．需要，应根据波动幅度考虑分组进行感性无功补偿，11蔡建林，张新亮，王云鹏等．小水电无功电量不足的分析与为此并联电抗器须增加自动控制开关。对策[J]．河南水利与南水北调，2010，(6)：129—134结论12张勇军，石辉，许亮．配电网节能潜力评估系统开发方案[J]．电力系统自动化，2011，(2)：51—54．小水电作为绿色的可再生分布式能源，经济效益明显，是山区农村经济发展的重要支柱。但是伴收稿日期：2014—4-15