大型工業負荷城市電網春節期間無功電壓控制策略

朱艷偉，龔向陽，勵文偉，嚴勇，蔡一駿，王洪磊

（國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江寧波315010）

大型工業負荷城市電網春節期間無功電壓控制策略

朱艷偉，龔向陽，勵文偉，嚴勇，蔡一駿，王洪磊

（國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江寧波315010）

根據寧波電網2014年春節期間的負荷特性以及寧波電網的無功控制難點，制定了無功控制的具體調控措施，實現了春節期間寧波電網各電壓等級中樞點電壓合格率100%，表明了所提措施的正確性及有效性。

城市電網；無功控制；調度運行；春節；負荷特性

0 引言

春節是中國最隆重的節日，每逢春節，大部分企業都會停工、放假。寧波是大型工業城市，春節期間的負荷受企業停工的影響更為明顯。春節期間寧波電網負荷水平低、潮流輕，易發生全網電壓越上限情況。而電壓是衡量電能質量的主要指標之一，電壓質量對負載端的安全和經濟運行有著至關重要的作用。系統無功對電壓的影響比較大，無功功率不足或過多將引起系統電壓下降或上升。2014年春節前，為抑制高電壓發生，避免發生母線電壓越上限、無功功率倒送現象，寧波電網制定了無功電壓控制預案，從系統實際情況出發，對春節特殊運行方式進行理論計算和分析，針對春節特殊運行方式進行了精心調整和控制，實現了春節期間各電壓等級中樞點電壓合格率100%，為春節輕負荷方式下的無功調壓工作提供了寶貴經驗。

1 春節期間寧波電網的運行特點

1.1 天氣情況

2014年春節前，寧波地區天氣晴好，最高氣溫約25℃。從春節后正月初四開始，冷空氣來襲，造成大面積陰雨天氣，氣溫驟降，逼近0℃。

1.2 春節期間寧波電網負荷特性

寧波市是典型工業城市，工業負荷占總負荷的60%～70%。春節期間，多數工廠、企業停工，系統負荷急劇降低。春節全網負荷降至全年最低水平，僅為正常負荷的15%～20%。全網統調日最高負荷的最低水平出現在正月初一（1月31日），為2 202 MW；全網統調日最低負荷的最低水平也出現在正月初一，為1 589 MW，而2014年全年最高統調日負荷為10 344 MW。

由圖1可以看出，春節前隨著工礦企業逐步減產、停產，負荷大幅度下降。工業負荷下降的同時，受天氣影響民用負荷也有所下降，寧波電網正月初一最高統調負荷降至最低負荷水平。由圖2可以看出，春節期間負荷基本穩定，增長幅度較小。春節前后全網最高統調負荷趨勢呈“U”狀。從正月初四起，受氣溫下降取暖增加、企業開工等影響，負荷逐步上升[1-4]。

圖1 春節前日最高統調負荷

圖2 春節期間日最高統調負荷

2 無功控制主要設備及控制策略

電網電壓和無功功率控制主要通過調節有載調壓變壓器分接頭和投切并聯補償電容器組來實現，以達到無功平衡和控制電壓合格的目的[5]。

2.1 有載調壓變壓器

變壓器本身并不能當作無功電源來提供無功功率，只能起到調節電壓的作用，而且其本身還會消耗電網中的一部分無功功率。通過調節變壓器的分接頭可以改變變壓器兩側的電壓狀況和無功功率分布狀況。

2.2 并聯電容器

并聯電容器是電力系統中最常見的無功補償設備，用于校正電網中的功率因數以及電壓。并聯電容器的主要優點是投資低、損耗低，可滿足各種無功補償的需要。其缺點是隨電壓的變化而波動較大，不利于電網電壓的穩定，電壓下降時電容器所能補償的無功功率值也快速降低。

2.3 并聯電抗器

并聯電抗器與并聯電容器的性質相反，其作用是降低電路中的感性無功，達到降低電網電壓的目的。在超高壓長距離的線路中，需要安裝并聯電抗器來補償線路的對地電容。

2.4 春節無功控制原理

一般情況下，電網采取的降壓措施主要有：切除并網運行電容器；調節變壓器分接頭位置；利用發電機進相吸收系統無功；投入并聯電抗器；停運空充線路、停運負荷較低的主變壓器[6]。

春節輕負荷期間，調節變壓器分接頭只能改變電力系統無功分布，對無功嚴重過剩情況的調節效果欠佳。停運一些長距離高壓輕載或者空充輸電線路以及負荷較低的主變壓器，對降低系統電壓水平的效果比較顯著，但對電力系統的供電可靠性、安全性造成不良影響。而利用發電機進相運行，則是解決春節期間高電壓問題比較經濟且有效的方法。機組進相運行時，只需改變發電機的勵磁運行工況，不需要增加額外的投資，即可達到吸收系統過剩無功功率和調整系統電壓的目的。

3 寧波電網春節期間無功控制的難點

隨著寧波電網規模的不斷擴大，電纜線路不斷增加，電網充電功率顯著提升，而電抗器容量卻未得到及時補充。寧波電網42座220 kV變電站中，超過四分之三變電站的110 kV饋線電纜在5 km以上，四分之一變電站的110 kV饋線電纜長度超過25 km。受此影響，市區內多座220 kV變電站即便是在工作日低谷時段也長期面臨無功功率倒送及功率因數越上限的問題。在元旦、國慶、春節等長假期間，該問題尤為突出。全網負荷最低降至正常負荷的15%～20%，無功平衡更加困難。

（1）并聯電抗器配置缺口進一步加大。

寧波電網作為受端大電網，在電網設計、規劃及建設中，一直都重點考慮容性補償設備，忽略了感性補償設備的配備。近幾年在電網新建、改建工程中電纜線路越來越多，全網充電功率加速提升。節假日期間，電氣設備輕載現象嚴重。電網利用率較低，空充、輕載設備進一步加大了電網空充功率。

（2）對機組進相運行的重要性認識不足。

部分電廠對進相運行的重要性認識不足，對進相調壓的積極性不高。

（3）地方電廠機組進相運行能力極其有限。

目前，經110 kV母線并網的發電廠裝機容量不足500 MW，合計進相能力不足20 Mvar。而受機組運行工況、廠用電電壓等各種因素限制，發電廠的實際進相能力更低，與春節期間實際需求相距甚遠。

4 2014年春節期間的無功控制措施

因春節前全網電壓已呈現偏高跡象，國網寧波供電公司為此及時出臺了應對措施。針對寧波電網春節期間的無功控制難點，提出了相應的無功控制策略。

4.1 網內電容器退出運行

（1）各縣市區110 kV，35 kV變電站及10 kV配網公用變壓器、專用變壓器、線路電容器全部退出運行。

（2）停產、減產企業的各級電網用戶電容器全部退出運行。如確實需要組織生產，應控制專線功率因數在0.95以下。

（3）寧波電網各220 kV及以下變電站電容器全部退出運行。

4.2 投入網內并聯電抗器

自1月20日（臘月二十）起，寧波電網各220 kV及以下變電站并聯電抗器全部投入運行。

4.3 地方發電廠進相運行

發電機進相運行對系統母線電壓的調壓效果比較明顯，一般可使電網系統電壓降低1%～5%，最大可達5.85%。

寧波電網要求具備進相運行能力的地方發電廠機組按要求進相運行。但因限制出力運行，故進相深度有限。

4.4 采取其他調壓措施

除了采取退出所有電容器、投入并聯電抗器、要求具備進相能力的機組按照要求功率因數運行外，根據仿真計算結果，寧波電力調度控制中心結合春節期間電網負荷變化特點，以分層分區為原則，調整了部分110 kV變電站的受電方式，拉停了12條110 kV聯絡線路和8條220 kV空充功率較大的空充線路，使220 kV變電站主變壓器負載相對均衡，電網充電功率過高的矛盾也得到緩解。

5 2014年春節期間無功控制結果

2014年春節期間，寧波電網嚴格執行調壓預案來控制系統電壓，并做好電壓分層控制，嚴禁500 kV變電站主變壓器由220 kV側上送無功。采取上述調壓措施后，春節期間全網電壓合格率達100%。在正月初一電網負荷處于全年低谷時，寧波市區110 kV母線中樞點電壓貼近上限運行。各區電壓如表1所示。

表1 正月初一寧波市110 kV母線中樞點電壓

由表1可見，對無功進行精心控制后，在全網負荷最低水平期間，中樞點電壓貼近上限運行。因老市區電纜線路較多，老市區電壓水平略高。

具備進相能力的機組是吸收過剩無功最關鍵的手段，其開機數目直接決定了調壓效果。而2014年春節期間，寧波電網地方發電廠開機容量非常有限，具備進相運行能力的機組數目不足，因而對電壓的調控手段略顯不夠。

6 春節期間調壓應對措施建議

電網容量不斷發展，為緩解春節期間電網高電壓、高功率因數的矛盾，建議采取以下措施：

（1）調控中心、運維部、營銷、客服等多部門配合協作，共同治理春節期間無功倒送問題，重點加強用戶側無功管理。

（2）加強對感性無功補償設備的重視。結合電網規劃、設計、技改、大修工程，分層級、分區域地選擇變電站，新建、擴建電抗器等感性無功補償設備。根據無功就地平衡原則，在各站點配置適量的電抗器，使得在重大節假日等負荷低谷期的電網具備足夠的電壓調節手段。

（3）加強地方發電廠及電力大用戶的無功平衡管理，無供熱、供水要求的機組一律調停，并網運行機組嚴格按照0.990以上的功率因數運行，可進相運行的機組在廠用電電壓合格前提下進相運行。節假日期間停產企業的用戶電容器全額切除，減產企業的功率因數控制在0．95以下。建議營銷部門針對春節期間的電網無功電壓特點，出臺與該期間相適應的電費政策，鼓勵地方電廠、電力大用戶多從電網吸收無功。

7 結語

作為大型工業城市，寧波電網在春節期間的負荷降至全年最低水平，春節期間無功控制有相當難度，全網無功電壓呈現全年最高水平。本文介紹了2014年春節期間寧波電網無功控制與電壓調節的成功經驗，針對存在的問題提出應對措施與建議，為節假日調壓工作提供了寶貴經驗，對今后的電網無功規劃也有一定的參考價值。

[1]楊銀國，崔麗華，李揚絮，等．廣東電網2007春節電壓調控存在問題與對策[J]．廣東電力，2008，21（4）∶20-24．

[2]王堅，徐克強，劉淼，等．南方電網春節期間運行經驗[J]．南方電網技術，2013，7（1）∶58-61．

[3]汪劍波，徐友平．華中電網春節調壓控制與分析[J]．華中電力，2010，23（2）∶47-49

[4]汪劍波，李勇．華中電網東部四省春節期間電壓運行情況分析[J]．華中電力，2008，21（2）∶49-50．

[5]劉文穎，但揚清，朱艷偉，等．復雜電網自組織臨界態辯識物理指標研究[J]．電工技術學報，2014，28（8）∶247-280．

[6]李豐偉，秦俊寧，王威．發電機進相運行在寧波電網的實踐[J]．農村電氣化，2008（11）∶15-18．

（本文編輯：龔皓）

Control Strategy of Grid Reactive Voltage in Large Industrial Load City during Spring Festival

ZHU Yanwei，GONG Xiangyang，LI Wenwei，YAN Yong，CAI Yijun，WANG Honglei
（State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315010，China）

According to load characteristic of Ningbo power grid in Spring Festival in year 2014 and difficulties of reactive power control，a specific reactive power control strategy is formulated，by means of which voltages at pilot nodes of various voltage classes are 100%passing.It is shown that the proposed measures are correct and effective.

city power grid；reactive control；operation dispatching；Spring Festival；load characteristic

TM714.3

：B

：1007-1881（2014）12-0012-03

2014-06-18

朱艷偉（1983－），女，河北保定人，工程師，從事電網調度控制研究。