春節期間珠澳電網電壓調控策略與方法研究

孫殿坤，林桂輝，甘德樹，吳海雄，魏勇剛，張維超

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海 519000）

0 引言

近年來供電部門和電力用戶對電網電能質量要求的日益提高以及可靠性需求的增高，電網電纜化率大幅提升[1]。對于長距離電纜線路，由于對地電納較大，產生的充電無功也較大，線路串聯電抗的無功損耗不足以維持無功功率的平衡，因此會出現高電纜化率的變電站和電纜線路末端電壓偏高問題[2]。其中用電過程中，用電情況的不平衡與線路負荷的隨機性會造成電網上三相荷無法平衡的狀況，也就導致三相電壓出現不平衡。若中性點的電壓偏移超過相電壓的15%，會出現變壓器運行升高、中性線電流增大的情況，甚至損壞變壓器。因此，需要平衡線路的負荷，提高電壓質量，降低損耗[3-4]。220 kV電纜線路已在城市中有較多應用，珠澳220 kV電網擔負著為澳門供電的重要任務[5]。但隨著珠澳電網220 kV電纜化率逐漸升高，在負荷低谷時期，珠澳地區無功平衡問題很難得到解決，尤其在春節負荷低谷時期，該問題尤為突出[6-10]。針對春節期間電網電壓高的問題，朱永佳等[11]提出了浙江電網春節期間高電壓問題分析與對策研究，熊莉等[12]提出了春節期間廣西電網調壓優化措施探討，分析了春節期間各區域電網調壓優化措施，但沒有在節前根據預測負荷的水平具體提出針對措施及策略，本文確定了在高、中、低三種不同負荷水平下珠澳電網具體調壓策略，明確了所需電廠進相機組的具體數量。220 kV無功在本電壓層級不能平衡導致無功過剩，過剩的無功必然向500 kV主變中壓側輸送，從而導致局部電壓升高。2022年初，隨著珠澳地區220 kV對澳供電電纜線路加疊甲乙線的投產，珠澳地區220 kV電壓等級網絡新增電纜充電無功約100 MVar，珠澳電網春節時期電壓偏高問題較2021年春節更加嚴峻。

1 仿真計算

1.1 模型建立

將珠澳地區電網設備參數導入電力系統計算分析軟件構建珠澳地區電網模型，調整模型為春節期間小方式運行模型。圖1所示為春節期間珠澳地區220 kV及以上的網架結構拓撲圖。如圖所示，圖中220 kV N、U、Q（在建）站為澳門地區變電站，其余廠站為珠海地區變電站。

圖1 珠澳地區220 kV及以上網架結構拓撲圖

1.2 春節期間負荷預測

春節是我國最受重視的傳統節日，節前各行各業紛紛停工、放假，系統負荷急劇降低，電壓飆升快，在負荷急劇降低的過程中僅靠調度員下令進行調壓，工作量非常大，調節速度難以滿足要求，節前系統電壓即偏高[6]。2022年珠海春節期間負荷預測如表1所示，預測負荷情況分位高、中、低3檔水平，其中高水平負荷參考2022年1月1日最低負荷，珠海地區1 400 MW、澳門地區340 MW，珠澳總負荷共計1 740 MW；中方案負荷珠海地區968 MW（較2021年春節最低負荷增長10%，2021年春節期間珠海地區最低負荷為880 MW）、澳門340 MW，珠澳總負荷共計1 308 MW；低方案負荷珠海地區880 MW（2021年春節期間珠海地區最低負荷）、澳門337 MW（2021年春節期間澳門地區最低負荷），珠澳總負荷共計1 217 MW。具體情況如表1所示。

表1 2021年春節期間珠澳最低負荷預測

1.3 仿真模型邊界條件

（1）根據2021年春節期間電壓水平，調整500 kV乙站500 kV側初始電壓為542 kV。

（2）珠澳斷面同2021年春節方式，澳門送入珠海無功共180 MVar（配合220 kV Q站建設，春節期間220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線四回電纜線路充電運行）。

（3）開機方式：500 kV甲站、500 kV乙站片區電廠開機方式參照2021年春節，即220 kV E廠開一臺，220 kV A廠開一套，500 kV A廠開一臺，出力調為機組額定容量的一半。

（4）各站點無功上送量在2021年春節方式無功上送量基礎上，進一步考慮110 kV電纜投運導致的新增無功上送量（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）控制目標：珠海、澳門電網220 kV電壓不超238 kV。

2 2022春節調壓策略研究

（1）大量投入珠澳地區低壓電抗器。

首先在高負荷方案下進行該策略研究，將珠澳地區所有220 kV及110 kV變電站低壓側電容器退出，投入低壓電抗器，仿真結果如表2所示。在大量投入低壓電抗的情況下，由表2可知，珠海地區220 kV電壓普遍在238 kV以上，最高為M站（238.3 kV），N站238.3 kV、U站電壓為237.8 kV。根據仿真邊界條件下的控制目標，珠海、澳門電網220 kV電壓不超238 kV的條件，該策略在高負荷方案下不滿足調壓要求，因此在負荷更低水平的條件下則更不能滿足調壓要求。因此在2022年春節期間僅投入低壓電抗器的策略無法滿足調壓要求。

表2 高負荷方案投低抗珠海電網220 kV母線電壓水平kV

（2）投入珠澳地區低壓電抗器及220 kV C廠進相一套機組。

首先在高負荷方案下進行投入珠澳地區低壓電抗器及220 kV C廠進相一套機組的策略研究，將珠澳地區所有220 kV及110 kV變電站低壓側電容器退出，投入低壓電抗器，并在BPA仿真軟件中調整220 kV C廠進相一套機組，仿真結果表3所示。在大量投入低壓電抗及220 kV C廠一套機組進相運行，進相約104.2 MVar，由表3可見，珠海地區電壓均低于238 kV，最高為M站（237 kV），N站237.1 kV、U站電壓為236.3 kV。根據仿真邊界條件下的控制目標，珠海、澳門電網220 kV電壓不超238 kV的條件，該策略在高負荷方案下可以滿足調壓要求。

表3 高負荷方案投低抗、進相運行（一套）珠海電網220 kV母線電壓水平kV

隨后，在中負荷方案下進行投入珠澳地區低壓電抗器及220 kV C廠進相一套機組的策略研究，將珠澳地區所有220 kV及110 kV變電站低壓側電容器退出，投入低壓電抗器，并在BPA仿真軟件中調整220 kV C廠進相一套機組，仿真結果如表4所示。由表4可見，珠海地區電壓仍有部分站點高于238 kV，珠海地區電壓最高為M站（238.0 kV），N站238 kV、U站電壓為237.2 kV。根據仿真邊界條件下的控制目標，珠海、澳門電網220 kV電壓不超238 kV的條件，該策略在中負荷方案下不滿足調壓要求，因此在負荷更低水平的條件下則更不能滿足調壓要求。因此在2022年春節期間投入珠澳地區低壓電抗器及220 kV C廠進相一套機組的策略可以滿足高負荷方案的調壓要求，無法滿足中負荷與低負荷方案的調壓要求。

表4 中負荷方案投低抗、進相運行（一套）珠海電網220 kV母線電壓水平kV

（3）投入珠澳地區低壓電抗器、220 kV C廠進相一套機組及斷開220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線四回充電線路。

首先在中負荷方案下進行投入珠澳地區低壓電抗器、220 kV C廠進相一套機組及斷開220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線四回充電線路的策略研究，將珠澳地區所有220 kV及110 kV變電站低壓側電容器退出，投入低壓電抗器，并在BPA仿真軟件中調整220 kV C廠進相一套機組以及斷開220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線四回充電線路，仿真結果表5所示。220 kV C廠一套機組進相運行，進相約103.8 MVar，大量投入低壓電抗的情況下，220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線四回充電線路轉熱備用后，由表5可見，珠海地區電壓均低于238 kV，最高為M站（237 kV），N站236.8 kV、U站電壓為236 kV。根據仿真邊界條件下的控制目標，珠海、澳門電網220 kV電壓不超238 kV的條件，該策略在中負荷方案下可以滿足調壓要求。

表5 中負荷方案投低抗、進相運行（一套）及斷開220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線珠海電網220 kV母線電壓水平kV

隨后，在低負荷方案下進行投入珠澳地區低壓電抗器、220 kV C廠進相一套機組及斷開220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線四回充電線路的策略研究。由表6可見，珠海地區電壓均低于238 kV，最高為M站（237.1 kV），N站236.8 kV、U站電壓為236.1 kV。根據仿真邊界條件下的控制目標，珠海、澳門電網220 kV電壓不超238 kV的條件，該策略在低負荷方案下可以滿足調壓要求。

表6 低負荷方案投低抗、進相運行（一套）及斷開220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線珠海電網220 kV母線電壓水平kV

（4）投入珠澳地區低壓電抗器及220 kV C廠進相兩套機組。

首先在中負荷方案下進行投入珠澳地區低壓電抗器及220 kV C廠進相兩套機組的策略研究，將珠澳地區所有220 kV及110 kV變電站低壓側電容器退出，投入低壓電抗器，并在BPA仿真軟件中調整220 kV C廠進相兩套機組，仿真結果表7所示。在大量投入低壓電抗及220 kV C廠兩套機組進相運行，進相約193 MVar，由表7可見，珠海地區電壓均低于238 kV，最高為M站（236.5 kV），N站236.6 kV、U站電壓為235.7 kV。根據仿真邊界條件下的控制目標，珠海、澳門電網220 kV電壓不超238 kV的條件，該策略在中負荷方案下可以滿足調壓要求。

表7 中負荷方案投低抗、進相運行（兩套）珠海電網220 kV母線電壓水平kV

隨后，在低負荷方案下進行投入珠澳地區低壓電抗器及220 kV C廠進相兩套機組的策略研究，將珠澳地區所有220 kV及110 kV變電站低壓側電容器退出，投入低壓電抗器，并在BPA仿真軟件中調整220 kV C廠進相兩套機組，仿真結果表8所示。由表8可見，珠海地區電壓均低于238 kV，最高為M站（236.6 kV），N站236.7 kV、U站電壓為235.8 kV。根據仿真邊界條件下的控制目標，珠海、澳門電網220 kV電壓不超238 kV的條件，該策略在低負荷方案下可以滿足調壓要求。

表8 中負荷方案投低抗、進相運行（一套）珠海電網220 kV母線電壓水平kV

3 結束語

近年來隨著電網的快速發展，社會生產用電對電能質量及電力供應穩定性要求越來越高，隨著電網中輸電電纜率的增多，電纜運行時提供的容性無功也隨之增多，這對于春節負荷低谷時期的調壓工作帶來了一定的難度，節前的調控策略研究工作可以有效指導春節期間調壓工作，本文通過BPA軟件仿真分析得到以下結論。

（1）春節期間若只投入所有廠站的高壓電抗器及低壓電抗器，在任何負荷水平的情況下電壓均不合格。

（2）春節期間珠澳負荷若達高負荷水平在投入電抗器的情況下，220 kV C廠進相一套機組時電壓可以達到238 kV以下。中、低負荷水平時僅憑此策略則達不到調壓要求。

（3）春節期間珠澳負荷若達中、低負荷水平在投入電抗器的情況下，220 kV C廠進相兩套機組時電壓可以達到238 kV以下。

（4）春節期間珠澳負荷若達中、低負荷水平在投入電抗器的情況下，220 kV C廠進相一套機組及斷開220 kV NQ甲乙線、220 kV UQ甲乙線四回充電線路可滿足春節期間調壓要求。