小水电集中上网电网无功电压建模分析与控制策略

彭炽刚，陈晓华

（广东电网公司江门供电局，广东 江门 529000）

小水电集中上网电网无功电压建模分析与控制策略

彭炽刚，陈晓华

（广东电网公司江门供电局，广东 江门 529000）

在国家倡导节能减排、科学发展的新形势下，作为分布式发电及清洁能源之一的小水电有巨大的发展机遇。但是大量小水电集中上网，向电网输送功率的同时,会给电网电能质量、继电保护等造成较为严重的影响，也给电网正常安全供电带来了一系列问题。结合恩平地区电网的现状，分析了造成小水电上网电压偏高的原因，并对电网进行了建模分析计算，针对性的提出了提高电压合格率的运行方式及技术调整方案。计算结果表明，所提方案对改善恩平地区电网电压偏高有明显的作用。

小水电；电压合格率；变压器分接头；分布式发电

近年来，分布式发电（DG—distributed generation）技术以其独有的环保性和经济性引起人们越来越多的关注。英国、美国、日本等发达国家，在进行能源结构调整过程中，已经把DG技术放在了相当重要的位置上。在我国，充足保障电力供应对经济的持续发展必将起到决定性作用，在已建中央电站及电网的基础上，大力发展DG技术将是我国电力系统未来发展的必然趋势。

分布式发电并不是一个全新的概念，分布式发电电源包括:小型水电站，太阳能发电站、光伏发电系统、风力发电站、地热发电装置、微型燃气轮机、生物质发电装置以及储能装置等[1]。分布式发电装置可实现备用电站、电力调峰、热电联供电站以及边远地区的独立发电等多种用途。

小水电由于受河流流量及落差的控制，一般小水电站装机容量小，从几kW到几万kW，库容小，电站调节性能差，多为径流式发电。电站分散布点，就地开发，就近供电。因此小水电规模小，分布广，成分布式电源状态[2]。

恩平地区小水电资源丰富，利用山涧溪谷筑起小水坝引水发电，既利用资源又能为当地提供一定的经济效益。这些小水电站变电容量较小，它们只有并上10kV、35kV或110kV电网才能稳定运行，所以小水电站并网发电在山区非常普遍。于是辐射式的网络变为一遍布电源和用户互联的网络[3]。随着恩平地区小水电的装机容量迅速扩大和集中上网，在丰水期方式下，，潮流不再单向地从变电站母线流向各负荷，而是大量功率通过10kV线路外送，配电网将发生根本性的变化。这样的话，原来以负荷定义建设的电网和运行方式不能满足现在的要求，出现了无功分配不合理，电压偏高等一系列问题。

1 小水电接入对电网的主要影响

1.1 对电能质量的影响

配电系统直接联系用户，电力系统对用户的供电能力和质量都必须通过配电系统来体现，配电可靠性指标则是整个电力系统结构和运行特性的集中反映。

并网小水电引起配电网的各种扰动会对系统电能质量[4,5]产生影响：

（1）易造成系统的电压闪变；小水电的起动和停运与气候条件等众多因素有关，其不确定性易造成配电网明显的电压闪变；

（2）对系统稳态电压的影响；集中供电配电网一般呈辐射状，稳态运行状态下沿馈线潮流方向电压逐渐降低。接入小水电后由于馈线上的传输功率减少或功率上送以及小水电输出无功的支持，使沿馈线的各负荷节点处电压被抬高，导致一些负荷节点的电压偏移超标。其电压被抬高多少与接入小水电的位置及总容量大小密切关联。

（3）对系统电压波动的影响；传统配电网中有功、无功负荷随着时间变化会引起系统电压波动。并网小水电对配电网电压波动的影响要视其具体情况:当小水电与当地负荷协调运行时（负荷与小水电输出量同步变化）小水电将抑制系统电压的波动;若小水电与当地负荷不协调运行时系统的电压波动将更严重[6]。综上所述，我国小水电产业大部分是泾流电站，其发电量受季节影响较大，易造成系统电压波动，不稳定，影响电能质量；在丰水期小水电机组大量发电而造成系统电压过高，枯水期则系统电压较低，甚至过低。

1.2 对系统保护的影响

辐射状的配电网，其潮流从电源到用户单向流动的传统供电模式，系统保护设计通常在变电站处安装反向过流断电器，主馈线上装设自动重合闸装置，支路上装设熔断器。自动重合闸装置与熔断器相互协调以实现配电网线路的保护，这种保护不具有方向性。但小水电并入时配电网发生了根本性变化，辐射式配电网将变为一遍布电源和用户互联的网络，潮流不再单向地从变电站母线流向用户负荷，配电网各种保护定值与机理发生了深刻变化[6,7]。由于熔断器和传统的自动重合闸并不具备方向性,配电网中已有大量的继电保护装置，不可能为了新增小电源而做大量改动，故并网小水电必须与配电网配合并适应它。当配电网的继电保护装置具有重合闸功能时，为了确保熄弧，使重合闸成功，小水电的切除时间必须早于重合时间。当小水电的功率注入电网时，会使一些继电器保护区缩小，从而影响继电保护装置正常工作[8]。

1.3 对电网调度和实时监控的影响

一些地区的小水电因点多、面广使部分小水电通讯联系薄弱，不易采集小水电发电过程中产生的实时电流、电压、有功功率、无功功率等信息，不利于调度员的正确决策，调度命令难以及时到达，监控难度较大，易造成小水电无序发电，难以发挥相应资源优势和带动地方经济增长，甚至会增加电网压力和发电行业整体成本[9]。

2 恩平地区电网的现状与原因分析

2.1 恩平地区电网的现状

江门恩平电力公司所属地区截止2009年，已有60多座小水电站与江门供电局签订购、售电合同，小水电站的总装机容量为51.444MW。

恩平地区电网上网小水电站满发满供的同时，也造成了本地区电网各等级的电压偏高的问题。如110kV大田、大槐变电站在2009年8月其110kV侧电压分别为117.83kV、116.41kV，10kV侧电压分别为10.96kV、10.56kV，这成为10kV配网线路上小水电上网电压偏高的直接原因。其它110kV变电站110kV侧，10kV侧电压均在合理范围内；恩平及圣堂两座220kV变电站三侧电压也在合理范围内（220kV等级电压合格范围是223.1～246.1，110kV等级电压合格范围是111.55～123.05，10kV等级电压合格范围是10～11kV）。

为解决电压偏高问题，恩平地区积极采取措施来控制电压，如调整变压器分接头，但效果并不明显，因此有必要针对恩平地区无功及电压情况及网络规划、设备改造措施进行计算验证，调整运行方式，以更好地解决恩平地区电压偏高问题。

2.2 原因分析

（1）丰枯矛盾突出

小水电机组运行方式与来水情况关系密切，丰水期恩平地区大量剩余电力由联络线向省网输送，枯水期恩平电网供电负荷大部分须依靠从省网由联络线下送的功率，造成丰水期与枯水期的年度运行方式变化大。严重影响电能质量，使得该地区电网电压水平难以维持合格的水平,对省网的安全经济运行形成较大的冲击。

（2）小水电缺乏统一的监管与调度。

由于小水电单机容量小、数量众多、分布很广，所属地域分散、产权形式多样、监测控制困难、其运行受气候季节影响大，缺乏统一的调度与控制，所以局部的调整对电压的改善效果不明显。因此，必须研究含有大量小水电源的电网运行特性，优化调度和控制策略，包括枯水期运行方式和丰水期运行方式。

（3）恩平电网部分小水电集中在同一条10kV线路上网，且线路较长，丰水期小水电上网使得线路上的传输功率减少或功率上送以及小水电输出无功的支持使沿线路的各负荷节点处电压被抬高。

（4）恩平地区电网只有两条220kV的输电线路与江门主网相连。由于功率上送，线路上的电压降大，送端电压高于受端电压。因此，单独调整恩平地区的运行方式，其调节能力是有限的。

3 计算分析与改造方案

针对恩平电网小水电上网电压偏高的问题，根据无功分层分区，就地平衡的原则和调压要求，我们运用PSASP建立了恩平电网模型。分析最具代表性的电压偏高的运行方式—恩平2009年丰水期小负荷方式，在现有小水电出力及变压器分接头档位调整基础上复现恩平地区母线电压情况，分析运行方式中存在的问题及导致电压越限的原因，有针对性的提出在现有设备及运行方式基础上的调整运行方案及变压器改造方案。

在复现恩平电网母线电压情况后，发现小水电上网电压偏高线路集中在大田、大槐两个110kV变电站10kV出线上，两个变电站10kV侧电压分别为10.96kV、10.56kV，小水电使沿线路的各负荷节点处电压被抬高，这样负荷处电压会高至12kV，严重影响了用户的正常用电。调节原理是：在其所连接变电站高压侧电压合格的情况下，调节变压器分接头，使变电站10kV侧电压尽可能低，但又不低于下限（10kV），这样可以使线路末端小水电侧上网电压尽可能低。若这样调节后电压还是不合格，则应采用小水电与负荷分线架设的方式来降低小水电上网电压偏高对负荷端带来的影响。电压调节步骤如下：

（1）先采用调节变压器分接头

（2）若分接头调整后电压仍达不到要求，则

①在变电站侧加装电抗器

②改造变压器抽头

（3）其中有个别线路，若经步骤（1）（2）调节后小水电上网电压仍偏高，可采用小水电与负荷分线架设的方式来降低小水电上网电压偏高对负荷端带来的影响。以恩平地区小水电集中上网的典型线路——大槐站那农线电压合格为目标，根据调整运行方案及电压调节具体步骤对全网进行了调整，并进行调整后校验计算，调整前后的电压对比见表1。统合计算分析后得到恩平电网运行方案和调整方式对电网电压有明显的改善作用。那农线上负荷集中在大槐至七星圹T处，线路后段部分东坑盘龙湾T至天源鸭颈T处只有个别负荷，故电压偏高（超过11kV）对负荷影响很小。

表1 大槐那农线调整前后电压对比

4 结语

恩平地区小水电机组丰水期都是满发，枯水期大部分停机，总出力很小；这样对线路的潮流和电压波动很大，且部分变压器的抽头数目较少，这都给调压带来了一定的困难。在对应的运行方式下，通过调节变压器分接头改变变比，在线路中串联电容电抗器改变无功Q的分布等方式来调节电压，使其在合格的范围内。计算分析发现恩平电网采用相应调压措施后，明显的改善了丰水期小负荷方式下小水电上网电压偏高的问题，地区电网绝大部分母线电压均调至合理范围内，对于极个别电压仍偏高的线路，只能采用负荷与小水电分网架设的方法来限制电压偏高带来的影响。同时，也要加强对小水电站监控和协调调度，对于无监测与计量装置的小水电必须进行改造。

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[5]王志群，朱守真，周双喜，等.分布式发电对配电网电压分布的影响[J].电力系统自动化，2004,28（16）：56-60.

[6]梁有伟，胡志坚，陈允平.分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述[J].电网技术，2003，27（12）：72-75.

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[9]韦钢，吴伟力，胡丹云，李智华.分布式电源及其并网时对电网的影响[J].高电压技术，2007，33：36-40.

Reactive voltage control of power grid with small hydropower stations intensively connected

PENG Chi-gang, CHEN Xiao-hua

（Guangdong Grid Company Jiangmen Power Supply Bureau, Jiangmen 529000, China）

The small hydro power, as one way of utilizing distributed generation and clean energy, has enormous opportunities for development at the new situation of energy-saving emission reduction and scientific development. When a large number of small distributed hydropower stations intensively connect to the power transmission grid, they produce a great impact on power quality of the region grid and security. In this paper，the reasons that the voltage value is over limit are analyzed according to the status of regional power network in Enping. Based on modeling and computing of the grid，the operating modes and adjustment programs are presented to improve voltage qualification rate. The calculation results show that the proposed programs have significant effect for the improvement of voltage problem in Enping power network.

small hydro power; voltage qualification rate; transformer tap; distributed generation

TV737

B

1672-5387（2010）02-0018-03

2010-01-26

彭炽刚（1963-）,硕士研究生,高级工程师,从事电网运行管理工作。