贵州电网动态无功配置分析研究

贵州电网动态无功配置分析研究

张英杰

张英杰

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663）

摘要：贵州电网作为南方电网西电东送重要的送端电网，无功补偿分布不均，调压手段不足，随着风电机组大规模接入以及电气化铁路牵引站的并网，可能会出现新的电压稳定问题，对灵活调节、快速响应的动态无功补偿装置要求迫切。本文对贵州电网的静态电压稳定性和暂态电压稳定性进行了深入研究，指出了系统电压稳定相对薄弱的区域和薄弱节点，提出了动态无功配置方案的相关建议。

关键词：静态电压稳定；动态电压稳定；薄弱区域；动态无功补偿

引言

随着电力需求的不断增长，贵州电网规模和输电容量日益扩大，电网特性日趋复杂，同时贵州电网作为南方电网西电东送的送端电网，发挥着重要的网架支撑和电源调节的作用。但近年来由于新能源特别是风电机组的大规模接入以及电气化铁路牵引站的并网，许多新的电压稳定性问题可能随之而来，如果系统无功储备不足，会发生电压崩溃而使电力系统瓦解，近20年来国外大互联系统中发生的数起典型的电压崩溃性事故给了我们深刻的警示[1]。

目前贵州电网无功补偿分布不均衡，电源富集接入地区电压偏高，而部分网架结构薄弱地区由于输电线路过长，容性无功补偿不足导致电压偏低。鉴于贵州电力系统对供电的质量和可靠性的要求日益提高，电网对能灵活调节、快速响应的动态无功补偿装置的需求日益迫切[2]。

1系统状态

1.1贵州电网概况

2017年，贵州500kV电网已形成鸭溪～息烽～贵阳～安顺～青岩～福泉～鸭溪和贵阳～醒狮～福泉的“日”字形主干网架，并经福泉向东辐射至施秉、舟溪、铜仁、松桃，向西辐射至六盘水、毕节，向西南辐射至兴义，向东南辐射至独山，通过贵广I、贵广II直流与广东电网相连、通过金州～天生桥、独山～河池、黎平～桂林与广西电网相连。

选择2017年枯期大方式进行分析，计算负荷为19500MW，通过贵广直流外送4800MW电力，通过500kV黎平－桂林双回、独山－河池双回、金州-天生桥单回交流线路外送3000MW电力。

1.2发电机和负荷模型

本文运用BPA软件搭建仿真数据平台进行稳定分析，计算数据包括南方电网五省区的大电网数据，发电机及励磁系统参数依据调度实测参数，负荷模型采用综合静态+马达负荷模型，其中ZIP静态负荷模型是由恒定阻抗、恒定电流、恒定功率并计及频率特性因子构成的综合负荷模型，其中贵州电网取30%恒阻抗、40%恒电流、30%恒功率，有功负荷频率因子dP/df=1.2，无功负荷频率因子dQ/df=-2.0。

2静态电压稳定

2.1灵敏度分析法

灵敏度分析法是以潮流方程为基础，利用系统中某些量的变化关系，即它们之间的微分关系来研究系统电压稳定性，本文选用dV/dQ指标来确定电压稳定薄弱节点，即通过赋予无功扰动，观察无功扰动引起的各站点的电压变化，利用其大小来判断薄弱母线，灵敏度越大表示该节点的电压稳定性越差[5]。

对贵州全网各500kV站点，逐个赋予无功扰动，观察无功扰动引起各站点的电压变化，计算各站点的dV/dQ的变化率，则贵州电网中各500kV站点灵敏度计算结果如表1所示：

结果表明，贵州电网电压最为薄弱的站点为500kV松桃、碧江、舟溪、黎平站点，其次为500kV六盘水、鸭溪、诗乡、铜仁、独山等站点。

2.2静态电压稳定裕度分析

本文采用区域负荷有功功率裕度作为电压稳定裕度指标[6]，来评估贵州电网各区域的静态电压稳定性，其计算公式为：

式中：P为初始状态的有功负荷，为系统负荷按某种方式增长到电压稳定临界点时的极限有功负荷。

按综合行政区划和电网结构，将贵州电网划分为贵阳、贵安、遵义、毕节、兴义，六盘水，安顺、铜仁、凯里、都匀等分区。则各个分区的有功裕度指标计算结果如表2所示。

从静态电压稳定的计算结果可以看出，在2017年枯大方式下，贵州义、凯里、铜仁静态电压稳定裕度相对较低，是电压稳定相对薄弱的区域，这些区域对应的500kV铜仁、松桃、舟溪、碧江站是电压稳定最为薄弱的节点。

3暂态电压稳定

暂态电压稳定分析主要采用常规的时域仿真法，通过对事先设定的故障形式进行时域仿真，可以确定对暂态电压影响最为敏感的故障形式，找出可能导致全网发生电压崩溃的严重事故，并校核预防电压崩溃的保护和控制措施[7]。

本文主要选取了线路三永N-1、主变N-1、直流单极闭锁、发电机单台机组失磁故障等单一元件故障以及线路三永N-2、主变N-2、直流双极闭锁等严重故障对贵州电网进行了暂态电压稳定性计算分析，计算结果见表3所示。

暂态稳定分析计算结果表明：

1）单一故障，继电保护正确动作，贵州电网可以保持稳定，不会引发电压失稳事故，母线电压恢复水平均可恢复至合理水平。

2）绝大多数500kV线路三永跳双回故障，系统可以保持稳定，母线电压恢复到合理水平；线路N-2故障电压幅值跌落较大主要集中在黔东北铜仁地区。

3）大部分500kV主变N-2故障，主网可以保持稳定，个别分区供电的500kV站点局部电网与主网解列，解列电网低频减载切除部分负荷，可以保持稳定；

4）高肇直流和兴安直流双极闭锁故障，不必采取任何措施，系统能够保持稳定，贵州电网交流外送通道母线电压略有降低。

由于篇幅限制，本文仅列出几个严重故障下的暂态电压稳定曲线。下面是施秉-铜仁，碧江-松桃线路发生三永N-2故障，近区主要节点电压恢复情况如图1所示。

（a）碧江-松桃N-2故障（b）施秉-铜仁N-2故障

图1线路N-2故障近区母线电压曲线

500kV碧江-松桃线路发生N-2故障后，贵州电网能保持稳定。500kV线路潮流转移至220kV电磁环网，松桃及近区220kV相关站点电压下降，其中500kV松桃站母线电压由故障前527kV下降至故障后503kV，下降了24kV，电压降幅4.5%，近区220kV电网母线电压由故障前230kV下降至210kV左右，下降幅值较大。

500kV施秉~铜仁线路发生N-2故障后，500kV潮流转移至220kV电磁环网，铜仁片区相关站点电压下降，其中500kV铜仁站母线电压由531kV下降至503kV，下降了28kV，电压降幅5.3%，近区220kV站点母线电压由230kV下降至220kV左右，降幅4.3%。

4动态无功配置方案

综合上述静态电压稳定以及暂态电压稳定分析，铜仁地区网架结构薄弱，与主网联系较弱，而且缺乏500kV电源装机，静态电压稳定性较差，且发生线路N-2故障时，区域内的相关站点电压水平跌落幅值较大，暂态电压稳定性较差，因此500kV铜仁、松桃站是贵州电网的电压薄弱点，可作为贵州电网应用动态无功补偿的候选地点。下面详细分析500kV松桃站和铜仁站加装SVC后对近区电网电压改善的效果。

考虑在松桃500kV变电站配置容量120Mvar的SVC，校验500kV松桃站及近区电网母线在严重故障情况下电压跌落情况是否有所改善。当发生500kKV碧江-松桃线路N-2故障后，松桃500kV及近区220kV母线电压如图2（a）所示。可以看出，500kV松桃站母线电压故障可恢复至524kV，220kV秀山站母线电压可恢复至229kV，母线恢复电压有明显提升，基本可恢复至故障前电压水平。

考虑在铜仁500kV变电站配置容量120Mvar的SVC，校验配置动态无功补偿装置后，校验500kV铜仁站及近区电网母线在严重故障情况下电压跌落情况是否有所改善。当发施秉-铜仁线路N-2故障后，铜仁片区500kV母线电压如图2（b）所示。可以看出，500kV铜仁站母线电压可恢复至512kV，220kV镇远站母线电压可恢复至223kV，相比铜仁站加装SVC装置前分别提升了1.6%和1.3%，母线电压恢复效果一般。

因此考虑500kV松桃站位于贵州电网末端，与主网联系薄弱，电压稳定性差，发生碧江~松桃N-2故障电压跌落幅度较大，在500kV松桃站配置一定容量的SVC设备，故障后母线电压均可恢复至接近故障前电压，提升效果明显。而500kV铜仁站安装SVC效果并不明显，并且铜仁站近区有220kV思林电站和大龙电厂，动态无功备用水平较高，不推荐安装SVC装置。

图2线路N-2故障近区母线电压曲线（加装SVC）

5结论及建议

本文综合静态电压稳定和暂态电压稳定分析方法，对贵州电网的电压稳定性进行了深入研究，指出了系统电压稳定相对薄弱的区域和薄弱节点，并提出了动态无功配置方案的相关建议，形成以下结论：

（1）通过灵敏度分析和静态电压稳定裕度分析得到，贵州的凯里、铜仁、遵义是电压稳定相对薄弱的区域，这些区域对应的500kV铜仁、松桃、舟溪、碧江站是电压稳定相对薄弱的节点。

（2）通过暂态电压稳定时域仿真分析结果可知，贵州黔东北铜仁地区发生线路N-2故障电压幅值跌落较大，电压暂态稳定性较差。

（3）综合静态电压稳定以及暂态电压稳定分析结果，铜仁地区网架结构薄弱，对铜仁地区的500kV铜仁、松桃站加装动态无功补偿装置，松桃站电压稳定改善效果较优，建议可配置120MVar的动态无功补偿装置，提高动态无功备用水平，提高严重故障情况下的电压恢复水平，提高电网运行的安全稳定性。

参考文献：

[1]胡学浩.美加联合电网大面积停电事故的反思和启示[J].电网技术，2003，27（9）：2-6

[2]贺红艳.SVC动态无功补偿在贵州电网应用的可行性研究[J].贵州工业大学学报（自然科学版），2008，37（3）：71-74

[3]田昕，钟胜，王慧来等.大型受端电网动态无功配置[J].中国电力，2014，47（6）：12-17

[4]申毅，姜纯，宋生麒.青海海西电网动态无功配置方案初探[J].青海电力，2015（3）：4-8

[5]梁才浩，段献忠，何仰赞，等.广西电网静态电压稳定性分析[J].电力自动化设备，2004，24（7）：45-49

[6]刘丽霞，黄志刚，李娟，等.天津电网电压稳定研究[J].电力系统保护与控制，2010，38（12）：90-96

[7]郑勇，张立峰，晏小彬，等.西藏中部电网暂态电压稳定问题分析及解决措施研究[J].四川电力技术，2017，40（2）：71-75

作者简介：

张英杰（1990.3.3-）；男；江西省抚州市；汉；硕士研究生；工程师；研究方向：电力系统规划与设计。