和田電網動態無功補償裝置選址定容方案研究

邵沈會，劉新剛

(中國能源建設集團新疆電力設計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830001)

0 引 言

2018年12月至2019年1月期間，和田及喀什地區大范圍限電，電力缺額主要來自下述三方面原因：1)和田及喀什地區大量電采暖負荷的接入；2)和田地區“電調服從水調”的政府政策使得相關水電機組無法運行，加大了和田及喀什地區的電力缺額；3)華威電廠缺煤且機組運行可靠性弱。

盡管已經采取了一系列措施，但和田電網仍存在一定的電力缺額，為此提出利用SVG(static var generator)提高和田地區事故后電壓恢復能力，以提高相關斷面下網能力。目前主要有兩種方案：1)選取一個關鍵變電站，部署一套大容量SVG；2)選取多個變電站，分別部署小容量SVG。綜合考慮建設周期、成本、占地以及單個設備故障后對電網的影響，擬采用方案2，主要選擇100 Mvar以內的SVG作為研究對象。

1 SVG在電網中的作用

SVG[1-4]是目前最先進的無功功率補償技術，與傳統無功補償裝置相比，其具有明顯的優勢，如低電壓下補償能力強、響應速度更快、抑制電壓閃變能力更強、運行范圍更寬、諧波含量低、占地面積小等。SVG輸出無功電流與系統電壓無關，能夠雙向連續調節，無功電流不受系統電壓影響，具備一定的過載能力(1.1～1.5倍)，在暫穩狀態，對電網電壓支撐作用明顯，可有效提高電網受電能力。同時，SVG可以獨立分相控制，有利于解決系統的相間平衡問題，在系統不對稱跌落時，更好地提供電壓支撐。SVG在系統故障條件下輸出電流可控，控制靈活，在短路電流接近極限的系統場合可避免短路電流進一步增大。

2 SVG選址定容分析

2.1 SVG選址定容原則

1)目前SVG設備已有應用的容量分別為 60 Mvar、80 Mvar、100 Mvar。考慮設備可靠性，和田電網SVG選擇已有應用系列進行分析。

2)為盡量減小計算誤差，均保證事故后穩態電壓介于0.98～0.99 pu之間。

3)考慮SVG容量小于100 Mvar，單站只考慮部署一套SVG，且均部署在220 kV變電站35 kV側，控制目標為和田電網220 kV系統母線電壓不低于0.9 pu。

2.2 邊界條件

1)華威電廠單機滿發，波波娜水電站單機滿發；

2)故障類型為750 kV車和線和側三相接地，0.1 s后跳開線路兩側；

3)按和田電網現有網架結構進行計算分析，750 kV莎車—和田為單線單變運行。

2.3 基于仿真軟件的SVG選址定容分析

基于PSASP仿真軟件，分析不同容量及安裝位置情況下，750 kV巴楚—莎車—和田輸變電工程建成后的750 kV車和+220 kV葉羌斷面輸電能力。

1)車和斷面靜穩極限計算

針對750 kV巴楚—莎車—和田輸變電工程建成后的750 kV車和+220 kV葉羌斷面，分析所得輸電斷面靜穩極限約530 MW(考慮15%的儲備裕度)。仿真曲線如圖1所示。

圖1 輸電斷面靜穩極限計算

2)SVG容量的靈敏性分析

針對于田變電站部署單臺SVG，分別比較無SVG、30 Mvar、35 Mvar、45 Mvar、52 Mvar、60 Mvar(以上為低于100 Mvar的常規型號)，分析SVG容量對斷面功率的影響，計算結果如表1所示。由表1可知，同一安裝地點，隨著SVG容量的提升，750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網功率相應提升。

表1 SVG容量的靈敏性分析 單位：MW

無SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過潮流計算分析其下網功率約292 MW；通過暫態計算分析，如圖2所示，無穩控措施暫態電壓波動最大達母線額定電壓1.033倍，最小達母線額定電壓0.987倍。

圖2 無SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面無穩控措施暫態電壓波動

于田變電站部署一套60 Mvar的SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過潮流計算分析，下網功率約351 MW；通過暫態計算分析，如圖3所示，斷面無穩控措施暫態電壓波動最大達到母線額定電壓1.024倍，最小達母線額定電壓0.981倍。

圖3 于田變電站部署一套60 Mvar的SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面無穩控措施暫態電壓波動

3)SVG安裝位置的靈敏性分析

首先，針對750 kV車和N-1故障，對不同廠站低電壓情況進行分析，選取220 kV廠站電壓曲線，如圖4所示。

圖4 750 kV車和N-1，220 kV母線低電壓情況

由圖4可以看出，車和N-1故障情況下，220 kV母線電壓偏低，按電壓最低到最高排序，SVG可考慮的安裝順序依次為于田→洛浦→和田→皮山→梧桐→玉龍→葉城。但考慮到和田主變壓器N-1故障情況下SVG無法發揮作用，同時220 kV玉龍變電站有常規電源(華威電廠)電壓支撐以及220 kV葉城變電站2019年也將建成恰木薩水電站。因此可考慮的SVG安裝點分別為于田、洛浦、皮山、梧桐變電站。

進一步，選定SVG容量(以45 Mvar為例)。分別比較220 kV于田變電站、220 kV洛浦變電站、220 kV皮山變電站、220 kV梧桐變電站不同安裝位置對斷面功率的影響。計算結果如表2所示，具體計算曲線如5圖所示。由表2可知，同一SVG容量，220 kV于田變電站與220 kV洛浦變電站對750 kV車和+220 kV葉羌斷面功率提升相近，其次為220 kV皮山變電站，最后為220 kV梧桐變電站。該計算結論也與按低電壓水平的分析結果基本一致。

表2 安裝位置的靈敏性分析 單位：MW

為細化選址方案，進一步縮小SVG選點范圍，考慮梧桐變電站SVG提升輸電功率效果相對較弱，SVG選點暫不考慮梧桐變電站。

為進一步理論分析不同安裝位置及不同安裝容量SVG對電壓波動的抑制能力，首先采用簡單的估算公式，簡化的電壓波動計算公式為

(1)

其中，電壓變動d定義為

(2)

式中：ΔU為電壓的變化值；UN為系統標稱電壓；ΔQ為無功的變化量；SB為研究母線的短路容量。由此可知，同一位置SVG安裝容量越大，電壓提升效果將越明顯；同時，當SVG安裝容量相同時，安裝位置的系統短路容量越小，電壓提升效果將越明顯，反之亦然。

于田變電站部署一套45 Mvar的SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過潮流計算分析，下網功率約339 MW；無穩控措施暫態電壓波動最大達母線額定電壓1.025倍，最小達母線額定電壓0.986倍，如圖5所示。

圖5 于田變電站部署一套45 Mvar的SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面無穩控措施暫態電壓波動

洛浦變電站部署一套45 Mvar的SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過暫態計算分析，下網功率約337 MW；通過潮流計算分析，如圖6所示，無穩控措施暫態電壓波動最大達到母線額定電壓1.024倍，最小達到母線額定電壓0.984倍。

圖6 洛浦變電站部署一套45 Mvar的SVG時，50 kV車和+220 kV葉羌斷面無穩控措施暫態電壓波動

皮山變電站部署一套45 Mvar的SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過潮流計算分析，下網功率約330 MW；通過暫態計算分析，如圖7所示，無穩控措施暫態電壓波動最大達母線額定電壓1.03倍，最小達母線額定電壓0.981倍。

圖7 皮山變電站部署一套45 Mvar的SVG時，750 kV車和+220 kV葉羌斷面無穩控措施暫態電壓波動

進一步分析其他SVG容量情況下，不同選點輸電功率提升效果。洛浦和于田變電站效果接近，不再贅述。僅針對220 kV皮山變電站，比較不同容量SVG對斷面功率的影響。計算結果如表3所示。由表3可知，其特性與表1相似，隨著SVG容量的提升，斷面功率相應提升。

表3 皮山變電站SVG容量的靈敏性分析 單位：MW

綜上分析，由于故障情況下于田變電站處于電網末端，電壓最低，系統短路容量也最小，因此采用同一容量SVG時于田變電站系統電壓提升最大，最小波動電壓達母線額定電壓0.986倍，同時對斷面功率提升最大，其次為洛浦變電站。

4)和田地區SVG選址定容方案

根據目前的電力平衡分析，考慮和田地區電采暖負荷的同時率為0.4，當華威電廠單機、波波娜水電站單機時，和田地區電力缺額為100 MW左右。根據選址、定容計算結論，可初步得到大于100 MW功率提升的幾種典型方案，如表4所示，給出幾種典型方案的功率預估值(根據表1和表3的計算結果相加)及造價。

表4 4種典型方案

方案1：于田、洛浦、皮山變電站各部署一套45 Mvar的SVG。經實際仿真計算，750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網功率由292 MW提升至398 MW，實際提升了106 MW。

方案2：于田、洛浦變電站各部署一套52 Mvar的SVG，皮山變電站部署一套45 Mvar的SVG。經實際仿真計算，750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網功率由292 MW提升至405 MW，實際提升了113 MW，較方案1多提升7 MW，但是工程投資較方案1高220萬元。

方案3：于田、洛浦、皮山變電站各部署一套52 Mvar的SVG。經實際仿真計算，750 kV車和線+220 kV葉羌斷面下網功率由292 MW提升至411 MW，實際提升了119 MW，較方案1多提升13 MW，但是工程投資較方案1高330萬元。

方案4：于田、洛浦變電站各部署一套60 Mvar的SVG，皮山變電站部署一套30 Mvar的SVG。經實際仿真計算，750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網功率由292 MW提升至400 MW，實際提升了108 MW，較方案1多提升2 MW，但是工程投資較方案1高280萬元。

考慮到和田750 kV變電站二期擴建工程正在實施，綜合考慮經濟性及能力提升效果，建議采取方案1作為本期和田電網SVG選址定容方案，能夠滿足近幾年和田電網電力缺額及系統穩定，和田750 kV變電站二期擴建工程建成后，和田電網斷面下網電力受限問題將得到明顯改善。

3 結 語

通過上面計算，可得到如下結論：

1)同一安裝地點，不同SVG容量對750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網功率提升影響存在差異，容量越大，功率提升越高。

2)同一容量，不同安裝地點對750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網功率提升影響存在區別，系統電壓越低、短路容量越小，則對系統斷面下網功率提升越好。從優往劣排序如下：220 kV于田變電站>220 kV洛浦變電站>220 kV皮山變電站>220 kV梧桐變電站。

3)通過分析，有多種方案可填補和田地區電力缺額。綜合考慮經濟性及能力提升效果，建議采取方案1：于田、洛浦、皮山變電站各一套45 Mvar。

4)通過對和田電網SVG選址定容進行分析，制定科學合理的SVG配置方案，可有效提升電網電壓支撐能力，進而提高電網受電能力，促進經濟社會又好又快發展。