畢節地區風電集中接入變電站電壓偏高成因及應對措施

戴仲覆

畢節地區風電集中接入變電站電壓偏高成因及應對措施

戴仲覆

（直流輸電技術國家重點實驗室（南方電網科學研究院）,廣東 廣州 510633）

作為國家西電東送戰略中的主要電力外送省份，貴州省近年來風力發電發展較快。貴州省風能資源最為豐富的畢節地區現狀有兩個風電集中接入的220kV變電站威寧站與赫章站，兩站均存在220kV母線運行電壓偏高的問題。結合兩站實際情況與《風電場接入電力系統技術規定》等相關標準分析了兩站220kV母線運行電壓偏高的成因，并在此基礎上兼顧兩站遠期的電網接線，結合兩站的感性無功平衡分析結果，提出了在兩站低壓側裝設適量低壓電抗器的應對措施。

風電； 變電站； 電壓； 畢節地區

0 引言

近年來，隨著世界各國對能源問題與環境問題的日漸重視，大力開發新能源已經成為各國能源策略方面的一種共識。風電作為一種技術成熟的新能源，被認為是未來電力供應的發展方向。與傳統的化石能發電相比，風電可降低化石能消耗與溫室氣體排放，對支撐世界經濟的可持續發展有重要意義。

在風電蓬勃發展的同時風電場的規模也日趨增大，100MW級以上的風電場已逐漸成為主流。據保守估計，至2020年全球風力資源可支撐世界12%的電力需求，相應可累計減少CO2排放107.72億噸[1-2]。

作為國家西電東送戰略中的主要電力外送省份，貴州省風力發電具有一定的發展潛力，且近年來風電裝機增長速度較快。貴州省的風能資源理論總儲量約為79333MW，技術開發量約為12000MW，經濟可開發量約10000 MW。截至2016年底，貴州省已建成風電裝機3522MW，根據規劃到2020年風電裝機規模達到8410MW。

貴州省風能資源分布較為集中，主要集中在畢節、六盤水、都勻、凱里和貴陽地區。其中以畢節地區的風力資源最為豐富，該地區的220kV威寧變電站、赫章變電站有大量風電機組經由風電場升壓站集中接入。而與貴州省內其他220kV變電站相比，威寧變電站與赫章變電站的220kV母線存在運行電壓水平偏高的問題。

首先介紹了威寧變電站與赫章變電站的電網接線、主變規模、無功配置等情況，而后分析了變電站的母線運行電壓水平情況，并依據《風電場接入電力系統技術規定》等有關標準，分析了變電站母線運行電壓偏高的成因，最后提出了相關的應對措施。

2 風電集中接入變電站概況

220kV威寧變電站與220kV赫章變電站均位于畢節地區西部，現狀有烏江源風電場的297MW機組與岔河風電場的198MW機組分別通過烏江源風電場升壓站-威寧單回220kV架空線路、岔河風電場升壓站-威寧單回220kV架空線路接入威寧變電站，另有220kV雪山風電場的99MW機組通過雪山風電場升壓站-赫章單回220kV架空線路接入赫章變電站。威寧變電站通過威寧-高峰雙回220kV線路與貴州主網相連，赫章站通過赫章-畢節雙回220kV線路與貴州主網相連。兩變電站現狀220kV電網接線示意圖如圖1所示。

圖1 威寧站與赫章站220kV現狀電網接線示意圖

220kV威寧變電站現狀主變容量2×180MVA，低壓電容器容量4×7.5MVar，未配置低壓電抗器。220kV赫章變電站現狀主變容量2×180MVA，低壓電容器容量6×7.5MVar，未配置低壓電抗器。

3 變電站運行電壓水平情況

威寧變電站與赫章變電站現狀典型年1月-12月220kV母線運行電壓水平統計曲線分別如圖2與圖3所示。由統計曲線可知，威寧變電站和赫章變電站220kV母線最高運行電壓分別達到243kV和241kV，威寧變電站與赫章變電站最高運行電壓平均值分別在238kV與237kV左右，最低運行電壓平均值分別在228kV與230kV左右。兩站220kV母線電壓水平整體偏高，威寧變電站220kV母線最高運行電壓已達到系統額定電壓+10%的上限[4]，赫章變電站220kV母線最高運行電壓亦已接近上限水平。變電站220kV母線運行電壓水平偏高將影響變電站的安全供電，從保障電網安全運行的角度出發，需對兩站220kV母線運行電壓水平偏高的成因進行分析，進而尋求有效合理的應對措施。

圖2 威寧變電站220kV母線年運行電壓曲線

圖3 赫章變電站220kV母線年運行電壓曲線

4 變電站電壓偏高成因分析

變電站的母線運行電壓偏高一般由變電站近區的感性無功不足引起。220kV電網中的感性無功源主要來自于變電站低壓側的感性無功補償裝置與近區電廠的進相運行能力。當變電站近區感性無功源提供的感性無功以及線路與變壓器的容性無功損耗不足以抵消變電站近區線路的充電功率時，變電站的母線運行電壓將高于額定電壓水平。

考慮到大多數情況下220kV電網架空線路的充電功率與線路容性無功損耗基本平衡，從經濟性角度出發，對僅有架空出線的220kV變電站一般較少配置低壓電抗器。文獻[3]規定對進、出線以電纜為主的220kV變電站，可根據電纜長度配置相應的感性無功補償裝置。由于貴州電網220kV站點基本無電纜出線，貴州現狀220kV變電站均未安裝低壓電抗器。

威寧變電站、赫章變電站現狀220kV進、出線情況見表1。

表1 威寧站、赫章站現狀220kV進、出線情況

由表1可見，威寧變電站、赫章變電站現狀無電纜進、出線，但兩站架空出線均較長，且連接有風電場升壓站，需進行進一步分析。

現狀貴州電網風電機組運行時均采用恒功率因素控制策略，功率因數設置為1.0或0.98，運行前設定功率因數，運行過程中不能改變功率因數。因此，貴州電網風電機組不做進相運行，自身的無功調節能力非常有限，無法為近區變電站提供感性無功支持。依據文獻[3]：“對于直接接入公共電網的風電場，……其配置的感性無功容量能夠補償風電場自身的容性充電無功功率及風電場送出線路的一半充電無功功率。”可見，風電站升壓站的設計無功配置僅能平衡風電場送出線路一半的充電功率，剩下的一半充電功率需由接入變電站進行平衡。威寧變電站與赫章變電站每站風電場接入線路及電網出線總長度均超過200公里，線路產生的充電功率應大于線路與變壓器的容性無功損耗之和。

綜上可知，威寧變電站與赫章變電站220kV母線運行電壓水平偏高的原因是目前220kV威寧變電站和赫章變電站進、出線路總長度較長，產生的充電功率超過了線路與變壓器的容性無功損耗，而兩站均未安裝低壓感性無功補償裝置，且近區風電機組不做進相運行，缺乏無功調節手段來平衡過剩的充電功率。

5 應對措施

由近區感性無功補償容量不足造成的變電站母線運行電壓偏高問題，較為經濟合理的解決辦法是在變電站加裝低壓感性無功補償裝置。依據貴州電網規劃成果[5]，“十三五”期間威寧變電站與赫章變電站的220kV電網接線會發生一定程度的變化。本文兼顧應對措施的遠期適應性，以兩站2020年的規劃電網接線為基礎進行兩站無功平衡分析。至2020年，威寧變電站220kV出線共5回，分別為至岔河風電站1回，至海拉光伏發電群1回，至象鼻嶺水電站1回，至高峰變電站2回；赫章變電站220kV出線共4回，分別為至雪山風電站升壓站1回，至烏江源風電升壓站1回，至畢節變電站2回。兩站2020年規劃電網接線示意圖如圖4所示。

兩站2020年小方式無功平衡表見表2。

圖4 威寧站與赫章站220kV規劃電網接線示意圖

表2 威寧站、赫章站2020年小方式無功平衡表

由表2可知，在2020年規劃網架下，兩站近區的充電功率均大于線路與主變的容性無功損耗之和。平衡結果表明，威寧變電站存在24.7MVar的感性無功缺額，赫章變電站存在21.3Mvar的感性無功缺額。建議按缺額容量在兩站低壓側各配置4×6MVar低壓電抗器，即每站各配置總量為24MVar低壓電抗器，以平衡過剩的充電功率，維持變電站220kV母線運行電壓在合理的范圍之內。

6 結語

通過對畢節地區風電集中接入的變電站威寧變電站、赫章變電站220kV母線的運行電壓水平情況進行分析，得到了兩站220kV母線運行電壓水平偏高的結論。而后結合兩站實際情況與《風電場接入電力系統技術規定》等相關標準，說明電壓偏高的原因主要是兩站進、出線路總長度較長，產生的充電功率超過了線路與變壓器的容性無功損耗，而兩站均未安裝低壓感性無功補償裝置，且近區風電機組不做進相運行，缺乏無功調節手段來平衡過剩的充電功率。最后在此基礎上，提出了在兩站低壓側配置適量低壓電抗器的應對措施。研究結果為畢節地區風電集中接入變電站的母線運行電壓偏高問題提供了合理的解決方案，對貴州省其他地區的同類型問題具有借鑒意義。

[1]EWEA．Wind force12[EB/OL].http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/documents/publications/reports/wf12-2005.pdf.

[2]全球風能理事會.全球風電市場發展報告2012[EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/bb7696b851e79b8968022624.html.

[3]GB/T 19963-2011，風電場接入電力系統技術規定[S]．

[4]SD 325-89，電力系統電壓和無功電力技術導則[S]．

[5]貴州電網有限責任公司.貴州省“十三五”電力工業發展規劃[Z].貴州電網有限責任公司.2014．

Cause and Corresponding Countermeasure Analysis of High Voltage Problems in the Substations Integrated with Wind Farms in Bijie Area

DAI Zhong-fu

（State Key Laboratory of HVDC,Electric Power Research Institute CSG，Guangzhou 510633，China）

Recent years,as the main power export province in the national strategy of transmitting electricity from west to east,Guizhou province shows a rapid development in wind power.Presently,there are high voltage problems in two substations integrated with wind farms called Weining and Hezhang in Bjjie Area which ownes the richest wind power resourses in Guizhou province.This paper combined actual situation of the two substations and the relative standards such as Technical rule for connecting wind farm to power system to analyze the cause of high voltage problems,and on the basis of which gives considerations to the long term power grid connection and the Inductive reactive power balance results of the two substations,finally put forward the countermeasures of installing appropriate amount of low voltage reactors on the low voltage buses of the two substations.

wind farm； substation； voltage； Bijie area

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.012

TM614

B

2095-3429（2017）04-0052-04

戴仲覆（1985-），男，湖南長沙人，碩士，工程師，主要從事大電網規劃設計、運行分析計算等工作。

2017-07-11

修回日期：2017-08-08