电磁环网中无功环流的分析与控制策略

包翔 张海平

（国网宁东供电公司 宁夏回族自治区灵武市 750411）

1 引言

近年来，国内外大部分电网停电事故都是由高低压电磁环网运行所导致的，因此导致我国电网公司以及各级电力公司十分重视这种情况，开始提出对严重影响电网稳定运行以及安全使用的电磁环网应解环运行。所以我国对电磁环网的运行过程开展了较多的研究。现如今我国对于特高压电网的投入逐年上升，超高压七百五十千伏和特高压一千千伏都还在建设起步阶段，并且由于其网络结构较为薄弱，在未来无法大规模投入使用。而较低等级的电压网架结构较为稳固，可合理使用廉价资源来获取最高的网络传输功率，对用户的用电需求进行满足。

2 高低压电磁环网运行分析

2.1 高低压电磁环网内容概述

高低压电磁环网是两组不同电压等级分别运行的线路，主要使用连接两端变压器电磁回路的方式进行并联。而高低压电磁环网在日常运行的过程中容易发生较大的安全事故，其主要原因是由于高压线路较为容易开端，导致功率转移现象的出现将提高对低压线路的负载，严重时可大大超过其原有的传输限值，从而使整体电力系统出现故障，进而对其稳定安全的运行造成破坏。在电力系统的实际运行过程中，并不是所有的电磁环网都将影响系统的稳定运行，对于电压等级高网架机构薄弱以及电压等级低网架结构坚强的情况来说，对于开环运行来说电磁环网合环的运行效率更高，不仅可对整体电网的电气距离进行拉近，还可对稳定运行水平以及输电能力进行提升。

2.2 国内研究背景概述

图1：电磁环网合网操作示意图

对于我国国内电磁环网运行经验以及不同地区电网解环实施方案与电磁环网运行方式进行分析与研究后可发现，在电网建设的过程中，所产生的物质便是电磁环网，在高等级网架较为薄弱时其存在合理性较强，但随着我国电力市场的快速发展，厂网分开后电网公司的经济效益与电网的运行具有密不可分的联系。所以在确保电网稳定运行以及安全使用的基础上，电磁环网在运行过程那种可通过降低输电损失、充分使用现有资源、提高输电能力、降低电网建设成本以及节约电路建设投资的方式来提高电网公司的经济效益。所以在确保电力系统内电磁环网稳定运行以及满足安全约束要求的同时应对以下几方面工作进行重视：首先应构建严格的安全故障应对预案以及运行控制方案，对电网运行方式进行合理安排，确保电磁环网在发生故障的过程中不超过暂态稳定极限、过热稳定极限以及静态稳定极限。其次应使用合理、有效的负荷需求侧管理方式，一旦受端电网负荷需求较大时，在经过一次方式以及二次方式调整后仍然不满足电网运行要求时，可在受端地区开展负荷需求管理的方式来对电力需求进行降低。第三应在整体电网系统中配备完善的安全稳控装置，在发生事故的同时可及时采取科学合理的控制方式，对故障元件进行立即切除，并对一些负荷以及发电机组进行有选择性的切除。或有选择性的进行事故分区解列，从而确保整体电力系统的安全稳定使用。

2.3 国外研究背景概述

对于国外电磁环网运行研究经验来说，对开环运行以及电磁环网安全稳定运行的相关研究较少，主要研究方向在对电磁环网中产生的功率环流进行抑制。导致这种情况的主要原因是由于大部分西方发达国家的电网结构较为坚强，并且一旦电磁环网出现故障，所导致潮流转移引起的后果并不严重，同时国外合环运行的经济性较高，因此其研究重点主要为如何在电磁环网中合理使用柔性控制技术，从而对功率分布进行控制，消除环流，进而对系统的经济性以及稳定性进行提升。

2.4 电磁环网运行过程中出现的问题

对于电磁环网的实际运行过程来说，可带来以下几方面问题：首先是一旦高等级电压线路出现故障，将导致潮流转移现象的发生，从而对电网系统的运行稳定性造成破坏，引发潮流控制困难、断电电流超标、安自装置整定复杂以及继电保护问题的发生。同时电磁环网的运行还将严重威胁整体电网的安全稳定运行。对于潮流转移现象来说，所引发的稳定问题具有电压稳定、暂态稳定、热稳定以及动态稳定等，严重时可产生动态稳定以及暂态稳定破坏事故。同时在电磁环网运行时，如果高电压等级线路发生故障，将导致低电压以及过电压现象的发生。在高等级电压具有较长的线路时，其剩余容性无功较大，在运行过程中需要使用大量的感性无功来对其进行补偿，因此一旦高等级线路发生故障，将导致无功分布不合理。与此同时，由于无功分布不合理所引发低电压以及过电压现象可分为以下几方面：首先是发生故障后，长线路空充与强系统，线路末端电压将远远高过范围值，但首端电压可保持在可控范围内。其次在发生故障后长线路空充与若系统，使得首端线路电压增高，将导致其电压远高于可控范围。

3 电磁环网中无功环流的分析与控制策略

3.1 无功环流产生机理概述

在电网实际运行的过程中，由于线路以及变压器等电气元件参数设置不合理，将导致电磁环网内发生功率环流现象，同时大部分为无功环流，这种功率环流的发生将明显提高整体电网系统的有功损耗，对电力系统的经济运行产生较大影响。对于不同支路中所流通的功率来看，可看作为两个不同功率分量的增加，一个是基于环网总阻抗的功率以及两端电压差值，可看做循环功率，另一个是两端电压相同时的功率，可看做正常输送功率。因此在变压器变比匹配性不足时，电磁环网在进行开环运行的过程中其开口两侧将出现相应的电压差。而循环功率中不仅有无功功率，同时还具有有功功率，同时因为高电压等级网络中的电阻远远小于其电抗，所以循环功率中有功部分将远远小于无功部分，一旦循环功率变大，循环功率以及正常输送功率在进行叠加后可导致电磁环网中流动方向的变化，这种情况便是电磁环网中功率环流现象的发生原因。在实际的输电线路过程中，主要对有功功率进行输送，而无功功率是分区以及分层进行平衡的，同时循环功率中的有功功率远远小于实际输送过程中的有功功率，所以有功环流现象的发生次数不多，主要是无功环流现象的发生，其主要特征是在电磁环网中出现无功功率，并沿着逆时针方向或者顺时针方向进行环流。

3.2 无功环流的控制方式概述

对于无功环流来说，不仅对变压器的损耗以及电网系统的损耗进行了增加，还对变压器以及电网系统的传输容量进行占用，在现如今不断变化的市场环境中，这种情况的发生严重影响了电力系统的安全稳定运行，对电网公司的经济效益造成了十分严重的影响，所以应使用科学合理的方式对其进行控制，将其限制在可控范围内或直接使其消失。在对无功环流进行控制的过程中，主要方式是对电磁环网运行过程中的循环功率进行消除。

对于图1 所示的电磁环网来说，由于线路AB 较长，因此母线E 点以及B 点的短路容量不高，所以在母线中的B 点开展闭环操作的过程中应对母线B 点以及线路末端B’处的功角差就行控制，同时控制电压差的大小。对于母线A 点来说，其功角与线路末端B’相同，并且母线A 点以及B 点之间的功角差收到线路CDE 的潮流影响较大，对于线路CDE 来说，由于其电气距离过大，将导致母线A 点以及母线B 点的功角差上升，对线路CDE 的潮流约束也增加。同时由于线路AB 的长度较长，对于线路首端母线A 点来说，线路末端B’处电压较大，而电压差对母线B 处以及A 处的电压控制进行约束。在进行合环后，母线B 往往会产生近区容性无功过剩的现象，并且B 出短路容量不大，将导致母线B 点近区的电压上升，从而约束母线B 点以及母线A 点的电压控制。和合环过程相比，在母线B 点对线路AB 开展解环操作的过程中也需要对母线B 点电压、母线A 点电压以及潮流断面进行约束。

4 结语

对于电网无功补偿来说，该项技术措施还处于建设性阶段，可有效确保整体电网的经济运行、高质运行以及安全运行。近年来随着我国社会经济的快速发展以及科学技术水平的不断进步，智能电网的应用越来越普及，多种新设备以及新技术开始广泛应用于电力系统的实际运行过程中，并发挥着极大的作用。对于未来电网系统的发展来说，无功补偿技术的使用将有效提高电网系统运行的经济性以及有效性。所以我国电网系统研究人员应提高对无功补偿新设备以及新技术的重视程度，对电网系统的平稳运行能力以及经济运行能力进行提高。