小水电接入地区电网的电压协调控制策略

董紫辉

（国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司）

小水电接入地区电网的电压协调控制策略

董紫辉

（国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司）

本文主要研究富含小水电机组的某电网的交互影响及协调控制问题。首先研究了我国小水电的运行现状，主要包括小型水电机组运行特点以及目前某电网存在的主要问题及原因。从小水电无功不足的原因分析角度入手，对含小水电电网的无功平衡策略进行了分析和研究，基于上述研究结果对无功补偿装置安装方式进行了选择。最后，对某电网小水电上网的电压协调控制策略进行了仿真分析，并利用仿真分析解决了小水电并网后带来的电压问题。

PSASP；小水电；电压；协调控制

1 小水电机组模型

1.1 引水系统的结构

引水系统主要受到地理条件以及各种运行要求的限制，因此其形式和种类有着不同的区分。总的来看，一个引水系统主要包含有水库、调压井、尾水管等，具体的框架图如图1所示。

图1 引水系统结构图

1.2 刚性水击模型

小水电的压力管道一般都较短，所以采用的是刚性水击模型，这种模型中通常会忽略掉水体的弹性以及水流与管道壁之间的摩擦力大小，刚性水击模型的数学表达式（1）所示

式中的Tw主要表示的是水流的惯性时间常数。它的主要含义就是在额定的水头条件下，转子从零转速上升到额定转速所用的时间大小。Tw的值越大，表明整个调节系统作用的时间周期越长，具体的推导过程可以参考公式

将式（1）设初值为零，经过拉普拉斯变换得到的模型框图如图2所示。

图2 刚性水击模型

1.3 小水电机组潮流分析方法

本文在对小水电机组进行电压控制时，一般采取两种主要的控制方式，首先是就地安装并联电容器；第二种就是对电容器组进行自动投切。通过上述无功装置来使得小水电机组的功率因数满足要求。经过上述控制策略之后，小水电机组功率因数水平如（3）所示

为了维持上述功率因数水平，需要在小水电机组并网点注入的无功功率大小为

因此，电容器输出的无功功率水平如下

小水电机组的电压水平U在进行每次迭代的过程中节点的实际无功功率水平都会发生变化，其具体的变化情况如式（7）所示

2 仿真算例

2.1 某电网基本情况

（1）变电站情况介绍

连江县域内变电站共17座，主变27台，容量1258.9MVA。具体为：220kV变电站2座（3台、540MVA）；110kV变电站10座（15台、639 MVA）；35kV变电站5座（9台、79.9MVA）。

（2） 电源情况介绍

接入某电网的电厂（水电、风电、垃圾电厂）共27家，装机容量为118.795MW。其中：水电电厂25座，装机63.295MW，占比53.28%；垃圾电厂1座，装机7.5MW，占比6.30%；风电场1座，装机48MW，占比40.42%。具体如图3所示。

图3 某电网一次主接线图

2.2 无功补偿和变压器分接头协调控制

表1比较分析潮流方向情况下不进行任何控制和进行任何控制的节点功率因数水平和电压水平。

通过潮流计算可以对目前电网的运行状态进行分析和验证，根据验证的结果来提出一套优化的方案。

方式一：夏季丰水期水电大发且负荷处在最小水平；

方式二：可以通过调整变压器的分接头来调整电压水平；

方式三：对位于30号节点的梯级电站的分接档位进行调整，在档位调整的过程中使其保持在1档；

方式四：在30号节点的位置需要根据发电机的控制方式来调整进相深度；

表1 潮流反向控制策略的验证 （单位：kV）

方式五：将30号节点位置的梯级电网的无功出力进行减少；

方式六：通过加装并联电抗器或者是电容器来实现电压控制要求；

方式七：综合措施，采取调整分接头、发电机进相以及加装并联电抗和电容等综合控制策略。

通过将各种措施综合运用起来进行控制可以实现最优的控制效果。表2分别列出的是几种综合控制策略的控制效果，具体的仿真分析结果如表2所示。

表2 较好方式下的电压和网损 （单位：kV）

从表2的仿真结果可以看出，利用综合控制策略可以取得较好的控制效果。

3 结束语

1）通过上表的分析研究可以看出，在协调控制中通过对不同机组之间的变压器分接头进行调节能够取得较好的控制效果，通过调整分接头可以使得一部分电压偏高的站点电压出现下降，也可以使得另外一部分电压偏低的站点电压出现升高，最终来平衡电网中的无功流动和电压水平。

2）协调控制策略通过在不同的点来安装电抗或者电容装置来检查在不同运行方式下的电压控制效果，通过不同方式、不同安装地点的对比仿真，可以很好地对控制策略进行协调。

［1］陆佑楣.我国水电开发与可持续发展［J］.水力发电，2011（2）：1-4.

［2］王恩润.小水电站［M］.北京：水利电力出版社，2012.

2016-05-29）