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摘要： 随着珠澳地区经济快速发展， 电网电缆化改造工程与新建输电电缆的增多， 电缆运行时提供的容性无功也随之增多。珠澳 电网感性无功补偿装置配置不足， 珠澳地区春节期间电压偏高问题日益突出， 为此， 根据珠澳地区春节期间小方式下的电网结构 及珠海澳门春节期间负荷预测， 对春节期间珠澳地区电压调控方法进行分析， 使用 BPA 进行仿真计算得到调控策略。最后， 通过 春节前的电压调控策略仿真研究， 将厂站电压不超 238 kV 作为边界条件， 确定了在高、中、低三种不同负荷水平下珠澳电网具体 调压策略， 明确了所需电厂进相机组的具体数量。电压调控策略在 2022 年春节的成功应用表明了策略的重要性， 为春节期间电压 调控提供了重要的参考价值。
关键词： 电压调控； 春节； 仿真计算
Research on Voltage Regulation Strategy and Method of Zhuhai Macao Power Grid During the Spring Festival
Sun Diankun， Lin Guihui， Gan Deshu， Wu Haixiong， Wei Yonggang， Zhang Weichao (Zhuhai Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Zhuhai, Guangdong 519000, China)
Abstract: With the rapid economic development of the Zhuhai-Macao region, as the number of cabling reconstructing and new transmission cables has increases, so the capacitive power provided by the cables during operation also increases . For the lack of reactive power compensation equipment in zhuhai-Macao power grid, the problem of high voltage during the Spring Festival becomes more and more prominent. Therefor, according to the Zhuhai-Macao region power network during the Spring Festival and load forecast during the Spring Festival, the voltage control method during the Spring Festival of Zhuhai-Macao region were analyzed, then the calculated using BPA simulation was used to formulate regulation strategy. Finally, through simulation study of the voltage regulation strategy before the Spring Festival, the specific voltage regulation strategy of Zhuhai-Macao power grid was determined by using simulation which the boundary condition is the voltage of the transformer subtations can not exceeding 238 kV under high, medium and low load levels, meanwhile, the number of phase-lead power units was determined. The successful application of the control strategy of the voltage, which is also providing important reference value of voltage control during the Spring Festival.
Key words: voltage control; the Spring Festival; simulating calculation
0 引言
近年来供电部门和电力用户对电网电能质量要求的日益提 高以及可靠性需求的增高， 电网电缆化率大幅提升[1]。对于长 距离电缆线路， 由于对地电纳较大， 产生的充电无功也较大， 线路串联电抗的无功损耗不足以维持无功功率的平衡， 因此会 出现高电缆化率的变电站和电缆线路末端电压偏高问题[2]。其 中用电过程中， 用电情况的不平衡与线路负荷的随机性会造成 电网上三相荷无法平衡的状况， 也就导致三相电压出现不平 衡。若中性点的电压偏移超过相电压的 15%， 会出现变压器运 行升高、中性线电流增大的情况， 甚至损坏变压器。因此， 需 要平衡线路的负荷， 提高电压质量， 降低损耗[3-4] 。220 kV 电 缆线路已在城市中有较多应用， 珠澳 220 kV 电网担负着为澳 门供电的重要任务[5]。但随着珠澳电网 220 kV 电缆化率逐渐升高， 在负荷低谷时期， 珠澳地区无功平衡问题很难得到解决， 尤其在春节负荷低谷时期， 该问题尤为突出[6- 10]。针对春节期 间电网电压高的问题， 朱永佳等[11]提出了浙江电网春节期间高 电压问题分析与对策研究， 熊莉等[12]提出了春节期间广西电网 调压优化措施探讨， 分析了春节期间各区域电网调压优化措施， 但没有在节前根据预测负荷的水平具体提出针对措施及策略， 本文确定了在高、中、低三种不同负荷水平下珠澳电网具体调 压策略， 明确了所需电厂进相机组的具体数量。 220 kV 无功在 本电压层级不能平衡导致无功过剩， 过剩的无功必然向500 kV 主 变中压侧输送， 从而导致局部电压升高。2022 年初， 随着珠澳地 区220 kV 对澳供电电缆线路加叠甲乙线的投产， 珠澳地区220 kV 电压等级网络新增电缆充电无功约 100 MVar， 珠澳电网春节时 期电压偏高问题较 2021 年春节更加严峻。
1 仿真计算
1.1 模型建立
将珠澳地区电网设备参数导入电力系统计算分析软件构建 珠澳地区电网模型， 调整模型为春节期间小方式运行模型。图 1 所示为春节期间珠澳地区 220 kV 及以上的网架结构拓扑图。 如图所示， 图中 220 kV N 、U 、Q (在建) 站为澳门地区变电 站， 其余厂站为珠海地区变电站。
图 1 珠澳地区 220 kV 及以上网架结构拓扑图
1.2 春节期间负荷预测
春节是我国最受重视的传统节日， 节前各行各业纷纷停 工、放假， 系统负荷急剧降低， 电压飙升快， 在负荷急剧降 低的过程中仅靠调度员下令进行调压， 工作量非常大， 调节 速度难以满足要求， 节前系统电压即偏高[6] 。2022 年珠海春节 期间负荷预测如表 1 所示， 预测负荷情况分位高、中、低 3 档 水平， 其中高水平负荷参考 2022 年 1 月 1 日最低负荷， 珠海地 区 1 400 MW、澳门地区 340 MW， 珠澳总负荷共计 1 740 MW； 中方案负荷珠海地区 968 MW (较 2021 年春节最低负荷增长 10%， 2021 年春节期间珠海地区最低负荷为 880 MW)、澳门 340 MW， 珠澳总负荷共计 1 308 MW； 低方案负荷珠海地区 880 MW ( 2021 年春节期间珠海地区最低负荷)、澳门 337 MW ( 2021 年 春 节 期 间 澳 门 地 区 最 低 负 荷)， 珠 澳 总 负 荷 共 计 1 217 MW。具体情况如表 1 所示。
1.3 仿真模型边界条件
( 1) 根据 2021 年春节期间电压水平， 调整 500 kV 乙站 500 kV 侧初始电压为 542 kV。
( 2) 珠澳断面同 2021 年春节方式， 澳门送入珠海无功共 180 MVar (配合 220 kV Q 站建设， 春节期间 220 kV NQ 甲乙 线、220 kV UQ 甲乙线四回电缆线路充电运行)。
( 3) 开机方式： 500 kV 甲站、500 kV 乙站片区电厂开机方 式参照 2021 年春节， 即 220 kV E 厂开一台， 220 kV A 厂开一 套， 500 kV A 厂开一台， 出力调为机组额定容量的一半。
( 4) 各站点无功上送量在 2021 年春节方式无功上送量基 础上， 进一步考虑 110 kV 电缆投运导致的新增无功上送量 (220 kV C 站增加 12 MVar， 220 kV P 站增加 4 MVar， 220 kV O 站增加 4 MVar)。
( 5) 高抗投入量： 220 kV U 站 3×50 MVar， 220 kV R 站 2× 50 MVar， 220 kV O 站 2×60 MVar， 220 kV K 站 2×60 MVar。
( 6) 控制目标： 珠海、澳门电网 220 kV 电压不超 238 kV。
2 2022 春节调压策略研究
( 1) 大量投入珠澳地区低压电抗器。
首先在高负荷方案下进行该策略研究， 将珠澳地区所有 220 kV 及 110 kV 变电站低压侧电容器退出， 投入低压电抗器， 仿真结果如表 2 所示。在大量投入低压电抗的情况下， 由表 2 可知， 珠海地区 220 kV 电压普遍在 238 kV 以上， 最高为 M 站 ( 238.3 kV)， N 站 238.3 kV 、U 站电压为 237.8 kV。根据仿真边 界条件下的控制目标， 珠海、澳门电网 220 kV 电压不超 238 kV 的条件， 该策略在高负荷方案下不满足调压要求， 因此在 负荷更低水平的条件下则更不能满足调压要求。因此在 2022 年春节期间仅投入低压电抗器的策略无法满足调压要求。
( 2) 投入珠澳地区低压电抗器及220 kV C 厂进相一套机组。
首先在高负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器及 220 kV C 厂进相一套机组的策略研究， 将珠澳地区所有 220 kV 及 110 kV 变电站低压侧电容器退出， 投入低压电抗器， 并在 BPA 仿真软件中调整 220 kV C 厂进相一套机组， 仿真结果表 3 所示。在大量投入低压电抗及 220 kV C 厂一套机组进相运 行， 进相约 104.2 MVar， 由表 3 可见， 珠海地区电压均低于 238 kV， 最高为 M 站 (237 kV)， N 站 237. 1 kV 、U 站电压为 236.3 kV。根据仿真边界条件下的控制目标， 珠海、澳门电网 220 kV 电压不超 238 kV 的条件， 该策略在高负荷方案下可以 满足调压要求。
随后， 在中负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器及 220 kV C 厂进相一套机组的策略研究， 将珠澳地区所有 220 kV 及 110 kV 变电站低压侧电容器退出， 投入低压电抗器， 并在 BPA 仿真软件中调整 220 kV C 厂进相一套机组， 仿真结果如表 4 所示。由表 4可见， 珠海地区电压仍有部分站点高于 238 kV， 珠海地区电压最高为 M 站 (238.0 kV)， N 站 238 kV 、U 站电压为 237.2 kV。根据仿真边界条件下的控制目标， 珠海、澳门电 网 220 kV 电压不超 238 kV 的条件， 该策略在中负荷方案下不 满足调压要求， 因此在负荷更低水平的条件下则更不能满足调 压要求。因此在 2022 年春节期间投入珠澳地区低压电抗器及 220 kV C 厂进相一套机组的策略可以满足高负荷方案的调压要 求， 无法满足中负荷与低负荷方案的调压要求。
( 3) 投入珠澳地区低压电抗器、 220 kV C 厂进相一套机组 及断开 220 kV NQ 甲乙线、220 kV UQ 甲乙线四回充电线路。
首先 在 中 负 荷 方 案 下 进 行 投 入 珠 澳 地 区 低 压 电 抗 器 、 220 kV C 厂进相一套机组及断开 220 kV NQ 甲乙线、 220 kV UQ 甲乙线四回充电线路的策略研究， 将珠澳地区所有 220 kV 及 110 kV 变电站低压侧电容器退出， 投入低压电抗器， 并 在 BPA 仿真软件中调整 220 kV C 厂进相一套机组以及断开 220 kV NQ 甲乙线、 220 kV UQ 甲乙线四回充电线路， 仿真 结 果 表 5 所 示 。 220 kV C 厂 一 套 机 组 进 相 运 行， 进 相 约 103.8 MVar， 大量投入低压电抗的情况下， 220 kV NQ 甲乙线、 220 kV UQ 甲乙线四回充电线路转热备用后， 由表5 可见， 珠 海 地 区 电 压 均 低 于 238 kV， 最 高 为 M 站 (237 kV)， N 站 236.8 kV 、U 站电压为 236 kV。根据仿真边界条件下的控制目标， 珠海、澳门电网 220 kV 电压不超 238 kV 的条件， 该策略 在中负荷方案下可以满足调压要求。
随后， 在低负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器、 220 kV C 厂进相一套机组及断开 220 kV NQ 甲乙线、 220 kV UQ 甲乙线四回充电线路的策略研究。由表 6 可见， 珠海地区 电压均低于 238 kV， 最高为 M 站 (237. 1 kV)， N 站 236.8 kV、 U 站电压为 236. 1 kV。根据仿真边界条件下的控制目标， 珠海、 澳门电网 220 kV 电压不超 238 kV 的条件， 该策略在低负荷方 案下可以满足调压要求。
( 4) 投入 珠 澳 地 区 低 压 电 抗 器 及 220 kV C 厂 进 相 两 套 机组。
首先在中负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器及 220 kV C 厂进相两套机组的策略研究， 将珠澳地区所有 220 kV 及 110 kV 变电站低压侧电容器退出， 投入低压电抗器， 并在 BPA 仿真软件中调整 220 kV C 厂进相两套机组， 仿真结果表 7 所示。在大量投入低压电抗及 220 kV C 厂两套机组进相运行， 进相约 193 MVar， 由表 7 可见， 珠海地区电压均低于 238 kV， 最高为 M 站 (236.5 kV)， N 站 236.6 kV 、U 站电压为 235.7 kV。 根据仿真边界条件下的控制目标， 珠海、澳门电网 220 kV 电压不超 238 kV 的条件， 该策略在中负荷方案下可以满足调压 要求。
随后， 在低负荷方案下进行投入珠澳地区低压电抗器及 220 kV C 厂进相两套机组的策略研究， 将珠澳地区所有 220 kV 及 110 kV 变电站低压侧电容器退出， 投入低压电抗器， 并在 BPA 仿真软件中调整 220 kV C 厂进相两套机组， 仿真结果表 8 所示。由表 8 可见， 珠海地区电压均低于 238 kV， 最高为 M 站 ( 236.6 kV)， N 站 236.7 kV 、U 站电压为 235.8 kV。根据仿真 边界条件下的控制目标， 珠海、澳门电网 220 kV 电压不超 238 kV 的条件， 该策略在低负荷方案下可以满足调压要求。
3 结束语
近年来随着电网的快速发展， 社会生产用电对电能质量及 电力供应稳定性要求越来越高， 随着电网中输电电缆率的增 多， 电缆运行时提供的容性无功也随之增多， 这对于春节负荷 低谷时期的调压工作带来了一定的难度， 节前的调控策略研究 工作可以有效指导春节期间调压工作， 本文通过 BPA 软件仿真分析得到以下结论。
( 1) 春节期间若只投入所有厂站的高压电抗器及低压电抗 器， 在任何负荷水平的情况下电压均不合格。
( 2) 春节期间珠澳负荷若达高负荷水平在投入电抗器的情 况下， 220 kV C 厂进相一套机组时电压可以达到 238 kV 以下。 中、低负荷水平时仅凭此策略则达不到调压要求。
( 3) 春节期间珠澳负荷若达中、低负荷水平在投入电抗器 的情况下， 220 kV C 厂进相两套机组时电压可以达到 238 kV 以下。
( 4) 春节期间珠澳负荷若达中、低负荷水平在投入电抗 器的情况下， 220 kV C 厂进相一套机组及断开 220 kV NQ 甲 乙线、 220 kV UQ 甲乙线四回充电线路可满足春节期间调压 要求。
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