新能源影響的地區全網無功優化方法

桂前進　羅利榮　徐瑞翔

摘? 要：本文對新能源影響的地區全網無功方法進行深入研究，提出了地區電網全網無功優化的方法，包括加強對新能源電站的無功管理、電壓調整及無功優化、加強主變壓器的經濟運行管理，同時適當調整負荷曲線，配合安排檢修計劃。后續在某地區的變電站進行了試點工作，結果顯示通過對地區電網無功優化，穩定了電網線路的電壓，提升了電網運行安全性，優化了電網環境。

關鍵詞：新能源;無功優化;電壓調整

中圖分類號：TM714.2? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）23-0039-03

Reactive Power Optimization Method for Regional Network Affected by New Energy

GUI Qianjin，LUO Lirong，XU Ruixiang

（Anqing Power Supply Company of State Grid Anhui Electric Power Co.，Ltd.，Anqing? 246000，China）

Abstract：In this paper，the method of reactive power optimization of the whole network in the area affected by new energy is studied in depth，including strengthening the reactive power management，voltage adjustment and reactive power optimization of the new energy power station，strengthening the economic operation management of the main transformer，at the same time，adjusting the curve properly and arranging the maintenance plan. Later，the pilot work was carried out in a substation in a certain area. The results show that through reactive power optimization，the voltage of power grid lines is stabilized，the security of power grid operation is improved，and the power grid environment is optimized.

Keywords：new energy;reactive power optimization;voltage adjustment

0? 引? 言

近年來，隨著風電場、光伏電站的不斷發展，尤其是光伏發電的技術進步、產業升級和市場規模擴大，我國光伏發電成本持續下降。2017年，光伏發電系統平均投資成本降至6750元/千瓦，較2010年下降67%，部分具有產業鏈優勢的企業投資成本已接近5000元/千瓦。光伏發電平均度電成本為0.52元/千瓦時左右，比2010年累計下降超過70%。

新能源電站發電容量不斷上升，在電網總容量中的比例也越來越大，對地區全網電壓無功優化控制的指標要求工作也越來越重要，加強對新能源的無功管控成為電網運行中的一個重要方面。一般通過配置AVC系統來調節無功的方案，在新能源廠站配置無功補償設備，加大對發電單元的無功功率調控力度，都可以對地區電網的電壓質量產生積極的影響。但由于各地區的電網架構不同，AVC系統建設情況和運行情況都存在諸多問題。

對地區全網無功優化控制加強管理，對AVC系統建設加大力度，特別是加強對AVC調節合格率指標的重視，可以確保AVC系統的正常運行，使其不會成為電網運行的隱患。

在電力系統實際運行中，電網系統中的電壓質量是考驗電能質量的一項重要指標，其不僅關系到電網的穩定、高效運行，更會對負荷側用戶的體驗感產生影響。

在分析電網結構基礎上根據電網的運行參數、負荷數據及新能源發電的數據，進行全局優化計算，通過調節控制發電機組的機端電壓，機組無功出力、無功補償裝置的無功出力和變壓器擋位的調節，可以使得系統在滿足各種約束條件的同時使網損達到最小值。

1? 目前地區電網經濟調度運行中存在的問題

由全網的協調層（調度中心）和各變電站、電源側內的執行層控制系統分層，對已安裝VQC裝置的站所、安裝AVC裝置的電源側，采用分散協調控制的方式。

對于省市電網的調度中心來說，當日的發電計劃是根據負荷預測系統計算的結果作為數據支撐，負荷預測系統根據固有的算法，在得出計算結果的時候肯定會產生相應的偏差，在新能源大量涌入的電網系統內，這些存在的偏差，在某些時間段就可能引起電網不必要的波動。這種偏差在短時間內，很難得到立刻的修正，這就導致電源側、變電站發出的無功跟不上電網的無功潮流需要。在這種情況下，就會對電網運行的經濟性與安全性產生一定的影響，當用戶側的無功需求和電網能夠提供的無功不匹配時，就會影響用戶側用電設備的正常使用。但是，出現的這些情況，暫不能通過負荷預測系統來調整，這樣一來，會直接影響到電網的正常運行，對短期負荷預測工作的開展產生一定的限制。

2? 地區電網全網無功優化的方法

2.1? 加強對新能源電站的無功管理

針對新能源電站的無功優化，可借鑒傳統火電廠的自動電壓控制系統和變電站內的電壓無功控制裝置進行規范管理。由電網側牽頭負責AVC系統整體建設，主要負責地調AVC主站系統的運行維護工作;委托相關行業的科研機構開展相關技術支持;組織人員和機構對變電站和電源側，尤其是新能源電站的AVC系統運行進行監督考核。

地區調控人員要高度重視，提高電壓調節的質量意識和敬業精神，貫徹“鑄就堅強電網，守護萬家燈火”的理念，在各自崗位上負責好無功電壓調節的每一個環節。

電網側的電壓無功調度管理，直接影響著電網的安全穩定運行，同時滿足用戶側對無功功率的需求，提高電網的友好性。保證供電企業和用電用戶的經濟效益最大化。在日常電網的運行中，部分電力損耗是在運輸過程中產生的，不僅影響了電能資源的合理利用，同時還在一定程度上提高了電網本身的運營成本。工作人員可以通過科學化的調度來減少電能損耗，改善電網結構。通過對地區電網環境進行承載力分析，減少供電距離，特別是對新能源電站的電能，實現就地消納。從客觀上減少供電線路距離，減少電能運輸過程中的中間環節，確保電網功率因數最優化，提高電能的利用率。

除此之外，要盡可能地完善新能源電站接入電網運行各個環節的規范管理，建立電網穩定運行的高效機制，加強電網的調度管理制度，使電網運行的經濟效益得到最大化。

2.2? 電壓調整及無功優化

2.2.1? 熱穩定評估

熱穩定評估應根據電網運行方式、輸變電設備限值、負荷情況、發電情況、分布式電源出力特性等因素計算反向負載率λ。評估對象包括變壓器和線路。

評估區域內可新增分布式電源容量Pm，應按式（1）計算：

Pm=（1-λmax）×Se×ky? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

ky是設備運行裕度系數，一般取0.8。一般負載率大于80%則為重載運行，影響電網安全運行。

2.2.2? 電壓偏差校核

電壓偏差校核應以無功功率就地平衡和分布式電源接入后電網電壓不越限為原則。校核對象包括35kV～220kV變電站的10kV～220kV電壓等級母線。根據評估周期內電網最高和最低運行電壓，結合標準《電能質量 供電電壓偏差》給出的電壓限值，分別計算評估區域的最大正電壓偏差、負電壓偏差，分別表示為△UH和△UL。

根據待校核分布式電源容量和《分布式電源并網技術要求》標準的要求，按式（2）計算出新增分布式電源接入后導致該區域的最大正、負電壓偏差，分別表示為δUH和δUL。

δU（%）=（RP+XQ）/UN? ? ? ? ? ? ? ?（2）

Q為依據《分布式電源并網技術要求》標準對不同類型分布式電源的并網點功率因數的要求數值計算出的最大無功正、負值，UN為該區域內母線的額定電壓，RL、XL為電網阻抗的電阻、電抗分量，P是可新增的有功容量，在高壓電網中可忽略電網電阻分量。

電壓偏差應按式（3）校核。

△U>δU，△U<δU? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

在待評估區域電網正常運行方式下，開展熱穩定計算分析，確定待評估區域反向負載率，通過對最小負荷、最大負荷的運行參數進行測定，再根據測定結果來計算。調度部門則根據需要，結合理論計算的結果對電網運行電壓進行科學合理的調度，并以此來實現有效降低電能損耗的目的。

2.3? 加強主變壓器的經濟運行管理

可以通過對定期編制變壓器的經濟運行曲線，通過理論計算對單臺主變壓器進行經濟運行數據處理，確定主變壓器能夠帶動的最大的經濟負荷。針對有2臺或2臺以上的主變壓器的現場，先確定單臺變壓器能夠帶動的最大的經濟負荷，再考慮多臺變壓器接入的情況，編制變壓器的經濟運行曲線。

在實際工作過程中，由于新能源的出力不確定性，很難得到變壓器最大經濟負載。在沒有準確的新能源出力預測數據的情況下，可結合變壓器經濟運行曲線和實際運行的歷史數據進行對比分析，不斷調整變壓器的經濟運行曲線。同時定期檢查變壓器擋位情況，在必要時可通過調整變壓器擋位，來確保變壓器的經濟運行。

2.4? 適當調整負荷曲線

由于用戶側客觀存在的“峰平谷”狀態，需要根據實際需求同步調整負荷曲線。在負荷高峰期，通過電網的電流增大，在輸送電能的介質不變的情況下，線損是與負荷電流平方成正比不斷增加的。同樣，在負荷低谷期，通過電網的電流減小，在輸送電能的介質不變的情況下，線損也會不斷減少。因此，根據不同用戶的用電規律，合理地、有計劃地安排和組織各類用戶的用電時間進行“削峰填谷”，對負荷率進行提高，對三相負荷的平衡起到關鍵性的作用。

采取調整負荷曲線的措施應在有實施條件的情況下進行，適當引導高峰用戶負荷需求轉移到低谷負荷時段。

2.5? 配合安排檢修計劃

輸變電設備的停電會對電網的運行方式造成影響，在供電負荷不變的情況下，輸變電設備數量減少會帶來線路電流增加和線損的增大，同時給電網線路的承載力也帶來了新的變化，對電網安全穩定運行不利。因此，在編制調度部門安排的檢修計劃前，應考慮到上述情況，多結合電網內其他部門、用戶側需求情況，對檢修計劃進行合理可行的安排。盡量做到斷路器檢修與線路檢修同步，相鄰兩個變電站在檢修前將電壓調整到合理范圍。從而避免因檢修造成電網無功的不必要波動。

3? 實際運行效果

2019年1月，安慶地區岳西變電站110kVⅠ段母線電壓波動范圍較大，如圖1所示。1天內電壓最高值可達117.184kV，電壓最低值為109.121kV。電壓波動范圍超過8kV。

通過對地區電網無功優化，穩定了電網線路的電壓，提升了電網運行安全性，優化電網環境。2019年7月，岳西變電站110kVⅠ段母線線電壓幅值已經控制在5kV以內，如圖2所示。

4? 結? 論

科學合理地對無功潮流進行有效引導以及調度管理工作可以使電網電壓趨于穩定，提高電網的供電可靠性，最大限度地降低電網事故的發生，進而保障電力企業的經濟效益。

參考文獻：

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[2] 田鑫，賈善杰，趙龍，等.考慮新能源接入的電力市場下的電網無功優化 [J].電氣應用，2018，37（15）： 36-42.

作者簡介：桂前進（1975-），男，漢族，安徽潛山人，高級工程師，碩士，研究方向：電氣工程及其自動化;羅利榮（1987-），女，漢族，湖北天門人，工程師，碩士，研究方向：電力系統及其自動化;徐瑞翔（1988-），男，漢族，山東臨沂人，助理工程師，本科，研究方向：輸電線路工程。