地区电网电压调控优化与分析方法

地区电网电压调控优化与分析方法

焦洋

（云南电网有限责任公司普洱供电局云南省普洱市665000）

摘要：互联电网的发展提高了电力系统的安全性，但区域间无功电压耦合程度的加深以及区域不同运行方式的配合，使得电力系统的无功电压调控问题变得越来越复杂，不同区域内的无功电压调控分析不再局限于区域内的调控约束，而必须考虑区域之间和层级之间的相互约束。在地区电网间无功耦合逐步加深、调控相互影响逐渐增强的情形下，AVC系统的调控方式与策略需要充分考虑地区电网调控能力与调控目标的差异性，实现地区电网间的调控配合，为全网调控目标的实现做出更多的贡献。

关键词：地区电网；电压调试；优化；分析

引言：随着互联网技术的发展，电力系统的安全性有了显著的改善和提高，但是受到区域电网运行方式以及无功电压耦合的增加，很大程度上增加了电力系统无功电压调控的复杂性。在进行区域之间的无功电压调控分析时，不仅要考虑到区域调控方面的约束，同时还需要对区域与层级之间的约束有充分全面的分析考虑。

1.地区电网电压调控问题

由于目前大多数地区电网的无功分布还未能实现有条件的就地平衡，在上下级电网及不同地区的同级电网之间，存在很多的调控配合问题。为合理解决调控问题，实现目标电压控制，需要在无功配置上满足峰谷时段的无功需求，在调控策略上通过一定的策略组合发挥调控能力，在目标控制上实现协调优化满足各个调控主体的需求。如果以上各个配合方面无法得到满足，可能导致电网的实际无功电压调控能力无法满足调控需求，造成同级电网、上下级电网之间无功的不合理流动，极大地影响电网的无功电压调控水平，给系统安全稳定带来重大隐患，甚至可能导致电压崩溃的严重事故。地区电网间的调控失配问题的直接体现是220kV变电站负荷侧电压、变高侧无功与变高侧电压存在不满足调控运行要求的情况，间接体现是上下层电网对此调控状态的无效作为。

2.调控分析方法

2.1三维分析体系

在地区电网电压调控方面，可以从时间、空间、目标3个维度开展分析。空间维度方面的分析更多的强调客观负荷总量以及无功电压调控资源之间的适应性，对区域电网无功电压调控资源配置的充裕性进行考虑；时间维度方面的分析则重点强调客观负荷时变性与时序性之间的适应情况，对控制策略以及控制动作的完整性、合理性进行评估；目标维度方面的分析则重视多级调控主体之间的协调，可以用来实现对调控机制与调控原则之间的适应性以及协调性进行评估。通过在空间以及时间维度方面的分析，如果不同调控主体之间的联络变量处于合理范围之外时，将会导致目标维度方面的配合问题凸显出来。

2.2数学分析模型

变电站属于无功电压调控方面的直接载体，对其建立其相应的数学分析模型，可以为无功电压调控的分析打下良好的基础。该数学分析模型为等值分析模型，其主要组成部分有等值系统、主变、负荷、无功补偿装置。将等值系统和主变高压侧连接，将负荷和中压侧连接，将无功补偿装置和低压侧连接。等值系统的主要组成有无穷大电源以及系统短路电抗，平衡点为高压母线，因为这种方式无法将无功电压调控作用反应出来，因此还需要增加电势作用，用来实现对上层电网的描述。系统短路电抗越小，等值系统和变电站之间的连接将越密切，电压水平受到电压调控以及符合变化方面的影响就越低。

3.地区电网电压调控优化思路和策略

首先，在空间维度方面，需要对无功现有配置以及无功需求之间的矛盾进行详细的了解和分析，对地区负荷自然增长情况进行充分全面的考虑，变电站之间的配电规划很可能无法满足地区电网电压调控方面的实际需求，在这种情况下，要全面考虑其发展趋势，采取新增配置的方式保证其可以满足在调控方面的需求。其次，在时间维度方面，主要是研究站点AVC系统控制策略和当地负荷特性之间的关系，变电站AVC系统属于单策略动作控制系统，在动作选择方面往往由单一策略来控制，如果策略的控制难以适应负荷峰谷变化的变化，将很大程度上降低控制效果，甚至会有主动闭锁现象出现。最后，在目标维度方面，需要做好对区域上下级层电压控制目标进行分析研究，判断其是否存在冲突和矛盾。220kV变电站无功电压调控可以直接体现出配合状态，变电站在无功水平方面很大程度上受到下层110kV电网无功负荷影响，电压水平受到上层220kV主网电压水平影响，AVC系统将负荷侧电压的调控作为控制目标，制定相关的控制策略，而不是以220kV母线电压为控制目标，在控制过程中，通过对变高侧电压动作的判断，可以很大程度上使负荷侧电压水平得到有效保证。

4.实例分析

春节等电网小方式下，区域负荷处于峰转谷时段，负荷不断下降中，系统电压则不断上升。此时220kV变电站高低压侧电压均偏高，本站尚有一组电容器投运中，或者有电抗器待投运。根据传统的控制主策略，VQC会发出调档降压指令，使得变电站10kV母线电压合格（靠近上限）、220kV侧无功功率合格（靠近下限），VQC不再动作。但此时上层电网无功相对盈余，220kV母线电压偏高（如高于234kV以上）。三维分析：一是空间维：春节等电网小方式下，地区无功过剩，变电站需要配置能够消纳过剩无功的电抗器组，并保证较高的设备可用率。二是时间维：在负荷快速下降、主网电压爬升的时段，下层变电站应逐步退出电容器，以配合上层调控，有条件地吸收上层过剩的充电功率，同时上层电网也应相应地调整上层补偿配置与电厂出力。三是目标维：上层电网关注500kV与220kV母线电压水平，认为轻载时期下层电网退出电容器或者投入电抗器有利于全网电压水平的优化，尤其是当上层电网调控手段相对紧张的情况；下层电网则按220kV侧无功功率与10kV母线电压考核，双方的协调主要依靠220kV侧无功功率约束，但是该约束通常缺乏极端运行方式的适应性。一旦上下层电网间的联络参数位于合理范围之外，上下层无法实现支持与协助，其调控目标的冲突将凸显。解决思路：把变电站高压侧母线电压加入到判据中，补充动作策略，使控制策略能够实现上下级电网无功电压调控的合作，从而满足全网无功电压调控安全经济性的需要。解决策略：在AVC/VQC中增加变高侧电压动作判据，通过在原有调控策略中增加变高侧电压判据，驱动AVC动作投入电抗器补偿，吸收上层电网过剩无功，降低变高侧电压水平，并对下层电压调控起到积极的作用。

总结：在电网飞速发展过程中，为地区无功电压带来了一系列的问题和挑战，存在地区电压调控失配等方面问题，进而影响电网的运行控制。通过建立三维分析体系以及数学分析模型的方式，对调控失配问题进行分析研究，制定了相关的解决思路和策略，通过新增AVC系统，一方面满足低压侧电压调控目标的实现，另一方面还能更好地满足上层电压水平方面的实际需求。

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