和田電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置選址定容方案研究

邵沈會(huì)，劉新剛

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)新疆電力設(shè)計(jì)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(qū)大范圍限電，電力缺額主要來(lái)自下述三方面原因：1)和田及喀什地區(qū)大量電采暖負(fù)荷的接入；2)和田地區(qū)“電調(diào)服從水調(diào)”的政府政策使得相關(guān)水電機(jī)組無(wú)法運(yùn)行，加大了和田及喀什地區(qū)的電力缺額；3)華威電廠缺煤且機(jī)組運(yùn)行可靠性弱。

盡管已經(jīng)采取了一系列措施，但和田電網(wǎng)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(qū)事故后電壓恢復(fù)能力，以提高相關(guān)斷面下網(wǎng)能力。目前主要有兩種方案：1)選取一個(gè)關(guān)鍵變電站，部署一套大容量SVG；2)選取多個(gè)變電站，分別部署小容量SVG。綜合考慮建設(shè)周期、成本、占地以及單個(gè)設(shè)備故障后對(duì)電網(wǎng)的影響，擬采用方案2，主要選擇100 Mvar以內(nèi)的SVG作為研究對(duì)象。

1 SVG在電網(wǎng)中的作用

SVG[1-4]是目前最先進(jìn)的無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)，與傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置相比，其具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如低電壓下補(bǔ)償能力強(qiáng)、響應(yīng)速度更快、抑制電壓閃變能力更強(qiáng)、運(yùn)行范圍更寬、諧波含量低、占地面積小等。SVG輸出無(wú)功電流與系統(tǒng)電壓無(wú)關(guān)，能夠雙向連續(xù)調(diào)節(jié)，無(wú)功電流不受系統(tǒng)電壓影響，具備一定的過(guò)載能力(1.1～1.5倍)，在暫穩(wěn)狀態(tài)，對(duì)電網(wǎng)電壓支撐作用明顯，可有效提高電網(wǎng)受電能力。同時(shí)，SVG可以獨(dú)立分相控制，有利于解決系統(tǒng)的相間平衡問(wèn)題，在系統(tǒng)不對(duì)稱跌落時(shí)，更好地提供電壓支撐。SVG在系統(tǒng)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(tǒng)場(chǎng)合可避免短路電流進(jìn)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(shè)備已有應(yīng)用的容量分別為 60 Mvar、80 Mvar、100 Mvar。考慮設(shè)備可靠性，和田電網(wǎng)SVG選擇已有應(yīng)用系列進(jìn)行分析。

2)為盡量減小計(jì)算誤差，均保證事故后穩(wěn)態(tài)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(cè)，控制目標(biāo)為和田電網(wǎng)220 kV系統(tǒng)母線電壓不低于0.9 pu。

2.2 邊界條件

1)華威電廠單機(jī)滿發(fā)，波波娜水電站單機(jī)滿發(fā)；

2)故障類型為750 kV車和線和側(cè)三相接地，0.1 s后跳開(kāi)線路兩側(cè)；

3)按和田電網(wǎng)現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，750 kV莎車—和田為單線單變運(yùn)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(wěn)極限計(jì)算

針對(duì)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(wěn)極限約530 MW(考慮15%的儲(chǔ)備裕度)。仿真曲線如圖1所示。

圖1 輸電斷面靜穩(wěn)極限計(jì)算

2)SVG容量的靈敏性分析

針對(duì)于田變電站部署單臺(tái)SVG，分別比較無(wú)SVG、30 Mvar、35 Mvar、45 Mvar、52 Mvar、60 Mvar(以上為低于100 Mvar的常規(guī)型號(hào))，分析SVG容量對(duì)斷面功率的影響，計(jì)算結(jié)果如表1所示。由表1可知，同一安裝地點(diǎn)，隨著SVG容量的提升，750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網(wǎng)功率相應(yīng)提升。

表1 SVG容量的靈敏性分析 單位：MW

無(wú)SVG時(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過(guò)潮流計(jì)算分析其下網(wǎng)功率約292 MW；通過(guò)暫態(tài)計(jì)算分析，如圖2所示，無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)最大達(dá)母線額定電壓1.033倍，最小達(dá)母線額定電壓0.987倍。

圖2 無(wú)SVG時(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)

于田變電站部署一套60 Mvar的SVG時(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過(guò)潮流計(jì)算分析，下網(wǎng)功率約351 MW；通過(guò)暫態(tài)計(jì)算分析，如圖3所示，斷面無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)最大達(dá)到母線額定電壓1.024倍，最小達(dá)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(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)

3)SVG安裝位置的靈敏性分析

首先，針對(duì)750 kV車和N-1故障，對(duì)不同廠站低電壓情況進(jìn)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(wú)法發(fā)揮作用，同時(shí)220 kV玉龍變電站有常規(guī)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(diǎn)分別為于田、洛浦、皮山、梧桐變電站。

進(jìn)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(duì)斷面功率的影響。計(jì)算結(jié)果如表2所示，具體計(jì)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(duì)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(jì)算結(jié)論也與按低電壓水平的分析結(jié)果基本一致。

表2 安裝位置的靈敏性分析 單位：MW

為細(xì)化選址方案，進(jìn)一步縮小SVG選點(diǎn)范圍，考慮梧桐變電站SVG提升輸電功率效果相對(duì)較弱，SVG選點(diǎn)暫不考慮梧桐變電站。

為進(jìn)一步理論分析不同安裝位置及不同安裝容量SVG對(duì)電壓波動(dòng)的抑制能力，首先采用簡(jiǎn)單的估算公式，簡(jiǎn)化的電壓波動(dòng)計(jì)算公式為

(1)

其中，電壓變動(dòng)d定義為

(2)

式中：ΔU為電壓的變化值；UN為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓；ΔQ為無(wú)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(shí)，當(dāng)SVG安裝容量相同時(shí)，安裝位置的系統(tǒng)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(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過(guò)潮流計(jì)算分析，下網(wǎng)功率約339 MW；無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)最大達(dá)母線額定電壓1.025倍，最小達(dá)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(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)

洛浦變電站部署一套45 Mvar的SVG時(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過(guò)暫態(tài)計(jì)算分析，下網(wǎng)功率約337 MW；通過(guò)潮流計(jì)算分析，如圖6所示，無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)最大達(dá)到母線額定電壓1.024倍，最小達(dá)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(shí)，50 kV車和+220 kV葉羌斷面無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)

皮山變電站部署一套45 Mvar的SVG時(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面：通過(guò)潮流計(jì)算分析，下網(wǎng)功率約330 MW；通過(guò)暫態(tài)計(jì)算分析，如圖7所示，無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)最大達(dá)母線額定電壓1.03倍，最小達(dá)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(shí)，750 kV車和+220 kV葉羌斷面無(wú)穩(wěn)控措施暫態(tài)電壓波動(dòng)

進(jìn)一步分析其他SVG容量情況下，不同選點(diǎn)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(duì)220 kV皮山變電站，比較不同容量SVG對(duì)斷面功率的影響。計(jì)算結(jié)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(yīng)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(wǎng)末端，電壓最低，系統(tǒng)短路容量也最小，因此采用同一容量SVG時(shí)于田變電站系統(tǒng)電壓提升最大，最小波動(dòng)電壓達(dá)母線額定電壓0.986倍，同時(shí)對(duì)斷面功率提升最大，其次為洛浦變電站。

4)和田地區(qū)SVG選址定容方案

根據(jù)目前的電力平衡分析，考慮和田地區(qū)電采暖負(fù)荷的同時(shí)率為0.4，當(dāng)華威電廠單機(jī)、波波娜水電站單機(jī)時(shí)，和田地區(qū)電力缺額為100 MW左右。根據(jù)選址、定容計(jì)算結(jié)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(yù)估值(根據(jù)表1和表3的計(jì)算結(jié)果相加)及造價(jià)。

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(jīng)實(shí)際仿真計(jì)算，750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網(wǎng)功率由292 MW提升至398 MW，實(shí)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(jīng)實(shí)際仿真計(jì)算，750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網(wǎng)功率由292 MW提升至405 MW，實(shí)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(wàn)元。

方案3：于田、洛浦、皮山變電站各部署一套52 Mvar的SVG。經(jīng)實(shí)際仿真計(jì)算，750 kV車和線+220 kV葉羌斷面下網(wǎng)功率由292 MW提升至411 MW，實(shí)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(wàn)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(jīng)實(shí)際仿真計(jì)算，750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網(wǎng)功率由292 MW提升至400 MW，實(shí)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(wàn)元。

考慮到和田750 kV變電站二期擴(kuò)建工程正在實(shí)施，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及能力提升效果，建議采取方案1作為本期和田電網(wǎng)SVG選址定容方案，能夠滿足近幾年和田電網(wǎng)電力缺額及系統(tǒng)穩(wěn)定，和田750 kV變電站二期擴(kuò)建工程建成后，和田電網(wǎng)斷面下網(wǎng)電力受限問(wèn)題將得到明顯改善。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)上面計(jì)算，可得到如下結(jié)論：

1)同一安裝地點(diǎn)，不同SVG容量對(duì)750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網(wǎng)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(diǎn)對(duì)750 kV車和+220 kV葉羌斷面下網(wǎng)功率提升影響存在區(qū)別，系統(tǒng)電壓越低、短路容量越小，則對(duì)系統(tǒng)斷面下網(wǎng)功率提升越好。從優(yōu)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(guò)分析，有多種方案可填補(bǔ)和田地區(qū)電力缺額。綜合考慮經(jīng)濟(jì)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(guò)對(duì)和田電網(wǎng)SVG選址定容進(jìn)行分析，制定科學(xué)合理的SVG配置方案，可有效提升電網(wǎng)電壓支撐能力，進(jìn)而提高電網(wǎng)受電能力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展。