新能源影响的地区全网无功优化方法

桂前进　罗利荣　徐瑞翔

摘  要：本文对新能源影响的地区全网无功方法进行深入研究，提出了地区电网全网无功优化的方法，包括加强对新能源电站的无功管理、电压调整及无功优化、加强主变压器的经济运行管理，同时适当调整负荷曲线，配合安排检修计划。后续在某地区的变电站进行了试点工作，结果显示通过对地区电网无功优化，稳定了电网线路的电压，提升了电网运行安全性，优化了电网环境。

关键词：新能源;无功优化;电压调整

中图分类号：TM714.2      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）23-0039-03

Reactive Power Optimization Method for Regional Network Affected by New Energy

GUI Qianjin，LUO Lirong，XU Ruixiang

（Anqing Power Supply Company of State Grid Anhui Electric Power Co.，Ltd.，Anqing  246000，China）

Abstract：In this paper，the method of reactive power optimization of the whole network in the area affected by new energy is studied in depth，including strengthening the reactive power management，voltage adjustment and reactive power optimization of the new energy power station，strengthening the economic operation management of the main transformer，at the same time，adjusting the curve properly and arranging the maintenance plan. Later，the pilot work was carried out in a substation in a certain area. The results show that through reactive power optimization，the voltage of power grid lines is stabilized，the security of power grid operation is improved，and the power grid environment is optimized.

Keywords：new energy;reactive power optimization;voltage adjustment

0  引  言

近年来，随着风电场、光伏电站的不断发展，尤其是光伏发电的技术进步、产业升级和市场规模扩大，我国光伏发电成本持续下降。2017年，光伏发电系统平均投资成本降至6750元/千瓦，较2010年下降67%，部分具有产业链优势的企业投资成本已接近5000元/千瓦。光伏发电平均度电成本为0.52元/千瓦时左右，比2010年累计下降超过70%。

新能源电站发电容量不断上升，在电网总容量中的比例也越来越大，对地区全网电压无功优化控制的指标要求工作也越来越重要，加强对新能源的无功管控成为电网运行中的一个重要方面。一般通过配置AVC系统来调节无功的方案，在新能源厂站配置无功補偿设备，加大对发电单元的无功功率调控力度，都可以对地区电网的电压质量产生积极的影响。但由于各地区的电网架构不同，AVC系统建设情况和运行情况都存在诸多问题。

对地区全网无功优化控制加强管理，对AVC系统建设加大力度，特别是加强对AVC调节合格率指标的重视，可以确保AVC系统的正常运行，使其不会成为电网运行的隐患。

在电力系统实际运行中，电网系统中的电压质量是考验电能质量的一项重要指标，其不仅关系到电网的稳定、高效运行，更会对负荷侧用户的体验感产生影响。

在分析电网结构基础上根据电网的运行参数、负荷数据及新能源发电的数据，进行全局优化计算，通过调节控制发电机组的机端电压，机组无功出力、无功补偿装置的无功出力和变压器挡位的调节，可以使得系统在满足各种约束条件的同时使网损达到最小值。

1  目前地区电网经济调度运行中存在的问题

由全网的协调层（调度中心）和各变电站、电源侧内的执行层控制系统分层，对已安装VQC装置的站所、安装AVC装置的电源侧，采用分散协调控制的方式。

对于省市电网的调度中心来说，当日的发电计划是根据负荷预测系统计算的结果作为数据支撑，负荷预测系统根据固有的算法，在得出计算结果的时候肯定会产生相应的偏差，在新能源大量涌入的电网系统内，这些存在的偏差，在某些时间段就可能引起电网不必要的波动。这种偏差在短时间内，很难得到立刻的修正，这就导致电源侧、变电站发出的无功跟不上电网的无功潮流需要。在这种情况下，就会对电网运行的经济性与安全性产生一定的影响，当用户侧的无功需求和电网能够提供的无功不匹配时，就会影响用户侧用电设备的正常使用。但是，出现的这些情况，暂不能通过负荷预测系统来调整，这样一来，会直接影响到电网的正常运行，对短期负荷预测工作的开展产生一定的限制。

2  地区电网全网无功优化的方法

2.1  加强对新能源电站的无功管理

针对新能源电站的无功优化，可借鉴传统火电厂的自动电压控制系统和变电站内的电压无功控制装置进行规范管理。由电网侧牵头负责AVC系统整体建设，主要负责地调AVC主站系统的运行维护工作;委托相关行业的科研机构开展相关技术支持;组织人员和机构对变电站和电源侧，尤其是新能源电站的AVC系统运行进行监督考核。

地区调控人员要高度重视，提高电压调节的质量意识和敬业精神，贯彻“铸就坚强电网，守护万家灯火”的理念，在各自岗位上负责好无功电压调节的每一个环节。

电网侧的电压无功调度管理，直接影响着电网的安全稳定运行，同时满足用户侧对无功功率的需求，提高电网的友好性。保证供电企业和用电用户的经济效益最大化。在日常电网的运行中，部分电力损耗是在运输过程中产生的，不仅影响了电能资源的合理利用，同时还在一定程度上提高了电网本身的运营成本。工作人员可以通过科学化的调度来减少电能损耗，改善电网结构。通过对地区电网环境进行承载力分析，减少供电距离，特别是对新能源电站的电能，实现就地消纳。从客观上减少供电线路距离，减少电能运输过程中的中间环节，确保电网功率因数最优化，提高电能的利用率。

除此之外，要尽可能地完善新能源电站接入电网运行各个环节的规范管理，建立电网稳定运行的高效机制，加强电网的调度管理制度，使电网运行的经济效益得到最大化。

2.2  电压调整及无功优化

2.2.1  热稳定评估

热稳定评估应根据电网运行方式、输变电设备限值、负荷情况、发电情况、分布式电源出力特性等因素计算反向负载率λ。评估对象包括变压器和线路。

评估区域内可新增分布式电源容量Pm，应按式（1）计算：

Pm=（1-λmax）×Se×ky                      （1）

ky是设备运行裕度系数，一般取0.8。一般负载率大于80%则为重载运行，影响电网安全运行。

2.2.2  电压偏差校核

电压偏差校核应以无功功率就地平衡和分布式电源接入后电网电压不越限为原则。校核对象包括35kV～220kV变电站的10kV～220kV电压等级母线。根据评估周期内电网最高和最低运行电压，结合标准《电能质量 供电电压偏差》给出的电压限值，分别计算评估区域的最大正电压偏差、负电压偏差，分别表示为△UH和△UL。

根据待校核分布式电源容量和《分布式电源并网技术要求》标准的要求，按式（2）计算出新增分布式电源接入后导致该区域的最大正、负电压偏差，分别表示为δUH和δUL。

δU（%）=（RP+XQ）/UN               （2）

Q为依据《分布式电源并网技术要求》标准对不同类型分布式电源的并网点功率因数的要求数值计算出的最大无功正、负值，UN为该区域内母线的额定电压，RL、XL为电网阻抗的电阻、电抗分量，P是可新增的有功容量，在高压电网中可忽略电网电阻分量。

电压偏差应按式（3）校核。

△U>δU，△U<δU                     （3）

在待评估区域电网正常运行方式下，开展热稳定计算分析，确定待评估区域反向负载率，通过对最小负荷、最大负荷的运行参数进行测定，再根据测定结果来计算。调度部门则根据需要，结合理论计算的结果对电网运行电压进行科学合理的调度，并以此来实现有效降低电能损耗的目的。

2.3  加强主变压器的经济运行管理

可以通过对定期编制变压器的经济运行曲线，通过理论计算对单台主变压器进行经济运行数据处理，确定主变压器能够带动的最大的经济负荷。针对有2台或2台以上的主变压器的现场，先确定单台变压器能够带动的最大的经济负荷，再考虑多台变压器接入的情况，编制变压器的经济运行曲线。

在实际工作过程中，由于新能源的出力不确定性，很难得到变压器最大经济负载。在没有准确的新能源出力预测数据的情况下，可结合变压器经济运行曲线和实际运行的历史数据进行对比分析，不断调整变压器的经济运行曲线。同时定期检查变压器挡位情况，在必要時可通过调整变压器挡位，来确保变压器的经济运行。

2.4  适当调整负荷曲线

由于用户侧客观存在的“峰平谷”状态，需要根据实际需求同步调整负荷曲线。在负荷高峰期，通过电网的电流增大，在输送电能的介质不变的情况下，线损是与负荷电流平方成正比不断增加的。同样，在负荷低谷期，通过电网的电流减小，在输送电能的介质不变的情况下，线损也会不断减少。因此，根据不同用户的用电规律，合理地、有计划地安排和组织各类用户的用电时间进行“削峰填谷”，对负荷率进行提高，对三相负荷的平衡起到关键性的作用。

采取调整负荷曲线的措施应在有实施条件的情况下进行，适当引导高峰用户负荷需求转移到低谷负荷时段。

2.5  配合安排检修计划

输变电设备的停电会对电网的运行方式造成影响，在供电负荷不变的情况下，输变电设备数量减少会带来线路电流增加和线损的增大，同时给电网线路的承载力也带来了新的变化，对电网安全稳定运行不利。因此，在编制调度部门安排的检修计划前，应考虑到上述情况，多结合电网内其他部门、用户侧需求情况，对检修计划进行合理可行的安排。尽量做到断路器检修与线路检修同步，相邻两个变电站在检修前将电压调整到合理范围。从而避免因检修造成电网无功的不必要波动。

3  实际运行效果

2019年1月，安庆地区岳西变电站110kVⅠ段母线电压波动范围较大，如图1所示。1天内电压最高值可达117.184kV，电压最低值为109.121kV。电压波动范围超过8kV。

通过对地区电网无功优化，稳定了电网线路的电压，提升了电网运行安全性，优化电网环境。2019年7月，岳西变电站110kVⅠ段母线线电压幅值已经控制在5kV以内，如图2所示。

4  结  论

科学合理地对无功潮流进行有效引导以及调度管理工作可以使电网电压趋于稳定，提高电网的供电可靠性，最大限度地降低电网事故的发生，进而保障电力企业的经济效益。

参考文献：

[1] 赵丰明，樊艳芳，钱福如，等.关于新能源并网供电无功性能优化设计研究 [J].计算机仿真，2018，35（11）：118-122.

[2] 田鑫，贾善杰，赵龙，等.考虑新能源接入的电力市场下的电网无功优化 [J].电气应用，2018，37（15）： 36-42.

作者简介：桂前进（1975-），男，汉族，安徽潜山人，高级工程师，硕士，研究方向：电气工程及其自动化;罗利荣（1987-），女，汉族，湖北天门人，工程师，硕士，研究方向：电力系统及其自动化;徐瑞翔（1988-），男，汉族，山东临沂人，助理工程师，本科，研究方向：输电线路工程。