电网低负荷期间发电机组进相运行分析及管理

解 兵 ，徐 珂 ，刘建坤 ，徐 贤

(1.江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103；2.江苏电力公司调度控制中心，江苏南京210024)

随着电网中装机容量不断增加，超高压、特高压线路以及城市高压电缆大量建设和投入，系统容性无功功率不断增长，造成电网低负荷期间电网电压偏高，严重影响系统供电质量，并且危及输变电和用户设备的安全运行[1-8]。同步发电机进相运行是发电机定子电流超前于机端电压、向系统发出有功、吸收无功的低励磁运行方式，是解决电网低负荷运行期间无功功率过剩、电网电压过高的简便可行、经济性高的有效措施。从20世纪50年代开始，国内外就有关于发电机进相运行的文献报道，至今已取得了一系列的成果。目前发电机进相运行的文献主要停留在试验阶段，而关于解决电网负荷低谷期的电压偏高问题的实际机组进相运行的案例及分析较少[9-12]。本文根据最近两年春节期间江苏电网并网机组进相运行数据，提取具体量化指标，开展机组进相运行情况分析，提出机组进相运行管理建议，以充分发挥机组进相运行能力。

1 机组进相运行分析指标

目前江苏电网基本所有机组已完成进相运行试验，并且在电网低负荷期间已经发挥了一定的作用。但因部分电厂对于机组进相运行管理不够重视，导致电厂母线电压长期越上限运行，而机组仍不进相，未发挥机组应有的调压作用。为更好地加强机组进相管理，开展发电机组进相运行情况分析工作、建立机组进相运行分析指标刻不容缓。

江苏省调EMS采集的历史数据包含了全省并网机组的有功、无功、母线电压等数据，采样间隔为5 m in。数据分析范围为春节期间包含头尾共10 d，总计2880个时间断面数据。根据机组进相运行情况及管理需要，提取了下列分析指标。

1.1 电压合格率

每年春节期间，华东调度会下发500 kV电厂母线电压控制曲线，江苏调度会下发220 kV电厂母线电压曲线控制曲线。通过比较并网母线电压和电压曲线，假设电厂母线电压超出调度给出的电压曲线上、下限时，则认为该点电压不合格。电压合格率就是电压合格的点数占总运行点数的比例。

1.2 时间参数

由于省调EMS数据是每5m in采集一个点，时间参数为统计的点数乘以5，单位为分钟。以下均几个参数均以点数描述，实际代表时间。

（1）机组运行点数。由于春节期间机组调停较多，部分电厂一直运行，部分电厂部分曾调停过，为统一比较机组进相运行管理情况，需考虑机组运行相对参数。机组运行点数是获得相对参数必不可少的参数，统计出机组有功大于10MW的所有点数则为机组运行点数。

（2）机组进相运行点数。对于单机组单母线的情况，直接统计该机组无功功率小于0的点数；对于连在同一母线的几台机组，首先计算这几台机组无功的平均值，只有平均值小于0，才认为这几台机组进相，如果无功功率平均值大于0，尽管可能一台机组进相，一台滞相运行，但由于对电网实际效果是未进相，所以仍认为这几台机组未进相，机组进相运行点数则统计所有无功平均值小于0的点数。

（3）进相后电压合格点数。统计电厂母线电压在调度给定曲线上下限范围以内，并且无功平均值小于0的点数。

（4）进相后电压越上限点数。进相后电压越上限点数=机组进相运行点数-进相后电压合格点数。

（5）电压越上限未进相点数。统计电厂母线电压大于调度给定曲线上限，并且无功平均值大于0的点数。

1.3 进相运行深度参数

发电机进相运行深度分绝对进相深度和相对进相深度两类指标。绝对进相深度是指无功平均值小于0的无功功率；相对进相深度是指该机组绝对进相深度除以该机组的进相限额。尽管目前江苏电网机组的进相试验已基本完成，已获得所有机组的进相运行限额。但进相运行试验时，一般只在50%Pn，75%Pn和100%Pn的3个有功工况进行试验，并获得对应限额，而机组实际有功是不断变化的。本次进相运行限额以当前有功进行插值计算获得当前有功下进相限额。多台机组试验表明，以插值计算获得的进相限额数值比实际进相限额略低，误差在可接受范围，因此可认为该计算限额基本能反映机组进相的实际情况。由于纳入统计的机组类型各不相同，机组容量不同，机组的进相能力不同，所以从机组进相程度来看，相对进相深度更合理，下列参数涉及的进相深度均指相对进相深度。目前进相深度总共设定了4个指标。

（1）最大进相深度。对参与进相的某台机组一段时间内所有进相深度取最大值；

（2）平均进相深度。对参与进相的某台机组所有进相深度取平均值；

（3）进相后电压合格期间平均进相深度。对电压合格期间，参与进相运行机组的进相深度取平均值；

（4）进相后电压越限期间平均进相深度。对电压越上限期间，参与进相运行机组的进相深度取平均值。

2 江苏电网机组运行情况实例分析

通过分析指标计算方法，计算出2013年春节期间江苏电网并网机组进相运行情况数据，江苏并入500 kV电网机组进相运行分析数据如表1所示。

通过表1的江苏电网并网机组进相运行情况分析，电压越上限主要原因为：（1）电网电压越上限时，机组未参与进相运行；（2）电网电压越上限时，机组参与进相运行，但进相运行深度不够；（3）电网越上限运行时，机组也参与了进相运行，且基本达到限额。

2.1 越上限未进相点数较多案例

从表1可看出N电厂越上限未进相时间较长，将电厂母线电压、调度给定电压上限、无功功率以及对应有功下进相限额画在一个图上，即N电厂运行情况图，如图1所示。

从图1可看出，在500 kV母线电压越526 kV上限值时，图中1，2，3，4标识中，机组大部分时间未进相运行，甚至发出无功，其余几处尽管进相运行，但离进相限额有较远距离，可见该机组未充分发挥机组进相能力，电压合格率通过有效管理，安排机组进相运行有进一步改善空间。

2.2 进相深度不够案例

从表1可看出，R电厂越上限期间尽管大部分时间安排机组进相运行，但越上限期间平均进相深度仅为32%，离进相限额有较远距离。从R电厂运行情况图中可看出，在500 kV母线电压越523 kV上限值时，图中多处位置机组无功尽管进相运行，但进相无功深度普遍较浅，无功曲线离进相限额曲线有较远距离，导致电压合格率较低，由此可见，通过机组进相管理，通过安排机组进相，电压合格率必然会大幅改善。R电厂运行情况如图2所示。

2.3 越上限时达到进相运行限额案例

从表1看出，P电厂尽管电压合格率不高，但该机组所有电压越上限期间，均安排机组进相运行，电压越上限期间平均进相深度达到了87%。从P电厂运行情况图上可看出画圈部分均为母线电压高于电压上限曲线部分，此时无功曲线与进相限额曲线几乎重合，可见机组电压越上限时，机组基本发挥其应有的进相能力。只有通过加装500 kV高压电抗器及改善电网网架结构等方面提高电压合格率。P电厂运行情况如图3所示。

表1 江苏电网部分发电机进相运行分析数据

图1 N电厂运行情况

图2 R电厂运行情况

图3 P电厂运行情况

3 电网低负荷期间进相运行管理

通过江苏电网机组运行情况实例分析，可见加强机组进相运行管理，对合理安排机组进相，充分发挥机组进相能力，提升电网电压水平，具有极其重要的意义。江苏电网目前也采用了奖惩措施，对于电压越上限运行，机组未安排进相或者进相深度不够的电厂进行考核并罚款。但由于电厂对机组进相管理的好坏、对电网电压贡献的大小目前尚未量化，对于被考核电厂说服力不够。本文根据机组进相运行分析指标，对机组进相管理好坏情况、对电网贡献大小等进行量化，提出奖励因子M、惩罚因子N以供探讨。

通过江苏电网机组进相情况分析，电网低负荷期间，运行机组主要有以下4种情况：进相后电压合格、未进相电压合格、进相后电压不合格、未进相电压不合格。

进相后电压合格情况是主要需要奖励的部分，但有的机组进相较浅，有的机组进相很深，这2种情况对电网的贡献当然不同，所以奖励因子应考虑进相深度情况。针对奖励因子的计算，提出2种计算方法，即：

式（1—3）中：Mi为某个电厂第i个点对应的奖励因子；a为奖励因子中的权重系数，需要根据所有电厂奖励因子之和和惩罚因子之和综合考虑，确保最终奖励因子与惩罚因子总数相等；k为不同进相深度的贡献因子，可以根据式（3）进行设置，k1建议在 0～0.25 取值，k2在0.25～0.5，k3 在 0.5～0.75，k4 在 0.75～1.0。

式（1）以进相深度值确定当前点对电网的贡献因子；式（2）则对进相深度分区段，将某个区段的进相深度设定为一个贡献因子，式（2）的计算方法，避免了某个点进相能力在0附近导致进相深度超高的情况。对于未进相电压合格情况，考虑到主要是电网网架结构，对于该部分机组不需要进相运行，电压也能满足电网要求，从机组进相的角度来看，这类情况应该既不奖励也不惩罚。进相后电压不合格情况是需要考核的部分，跟奖励情况类似，惩罚情况也需考虑机组进相深度情况，同样提出了2种计算方法，即：

式（4—6）中：b为惩罚因子中的权重系数，需要结合奖励因子综合考虑，确保最终奖励因子与惩罚因子总数相等；l为不同进相深度的贡献因子，可以根据式（6）进行设置，l1建议在 0.75～1.0 取值，l2在 0.5～0.75，l3在0.25～0.5，l4在 0～0.25。

式（4）则直接将取（1-进相深度）的绝对值，而式（5）则按进相深度分区段设定惩罚因子。未进相电压不合格情况也是主要考核部分，考核的程度比第三种情况应更严厉，其惩罚因子计算为：

式（7）中权重系数l5应该为一个大于1的数值。对比式（1）和式（2），以及式（4）和式（5），前者计算起来更简单方便，但对于部分进相能力接近于0的时候出现进相深度超大的情况会使得整个奖励因子和惩罚因子的计算有所失真，推荐采用第二种方法计算。

由于每个电厂上述4种情况均同时存在，通过上述方法，可分别计算出每个电厂的惩罚因子和奖励因子数值，由此获得第j个电厂被考核的金额Xj和奖励的金额 Yj，即：

式（8，9）中：e为单位惩罚因子数值被考核的金额，该值应根据各省实际情况以及计算出来惩罚因子数值等因素确定。

对于一个电厂，如果计算出来Xi大于，则该电厂实际被考核金额为反之该电厂被奖励金额为（

4 结束语

（1）为加强电网低负荷期间机组进相分析，本文建立了合格率、进相时间参数、进相深度参数等进相分析指标，通过建立的指标，能真实、客观地反映机组进相情况。

（2）以建立的进相运行分析指标，对江苏电网2013年春节期间开展机组进相运行分析，得出江苏电网机组电压越上限运行有3种原因。其一为电网电压越上限时，机组未参与进相运行；其二为电网电压越上限时，机组参与进相运行，但进相运行深度不够；最后是电网越上限运行时，机组也参与了进相运行，且基本达到限额。前2种情况可通过加强机组进相管理，提高电压合格率，最后一种情况可通过改变电网网架结构或加装高压电抗器等措施提高电压合格率。

（3）为加强机组进相运行管理，本文提出了惩罚因子和奖励因子概念，对机组在电网低负荷期间进相管理工作量化，便于调度部门合理采取各种奖惩措施，公平、公正对全省机组开展进相管理，充分发挥机组进相能力，提高电网供电电压水平。

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