关于西部偏远藏区电网供电电压控制问题的探讨

国网襄阳供电公司国网玉树供电公司 孙 青 李 瑜 马彦龙 薛盛福

青海省玉树藏族自治州（以下简称“玉树”）是“中华水塔”“三江之源”，在黄河流域生态保护和高质量发展中地位极其重要。近年来，玉树大力推进“煤改电”工程，把推进清洁取暖作为治理大气污染及改变居民生活方式的重要措施。因此，随着“煤改电”工程的持续推进，玉树地区冬季电网负荷增长迅速，且电网峰谷差也越来越大，负荷分配不均匀问题较为严重，出现了一些电压控制问题。本文结合“煤改电”工程推进后，就玉树地区电网峰谷差越来越大，对玉树地区电网电压控制产生影响的分析，给出了相应的应对措施。

1 玉树电网负荷及电源情况基本介绍

玉树藏族自治州位于青海省西南部，全州辖区面积26.7万km²，平均海拔4200m，地广人稀。玉树电网由330kV、110kV、35kV、10kV4个电压等级构成，其中330kV 变电站1座，由一条300km 的330kV 线路单链向玉树地区一市五县供电，是全州的主供电源，另有小水电10座，4.4万kW、光伏5座，6.35万kW。近年来，由于玉树经济的发展及人民生活水平的提高，玉树电网负荷也以平均每年10%的增长率快速增长，基本是居民生活用电及农牧业用电。受电网稳定限制及高原生态保护限制，境内水电、光伏资源开发受限，在冬季取暖大负荷情况，玉树电网供电能力处于紧平衡状态，由于基本是民生用电，保供电责任重大。

2 电压控制问题概述及玉树电网运行中存在的电压控制问题

2.1 电压控制问题概述

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，电气化设备及家用电器设备大幅增加，人们对电能质量的要求也越来越高。目前，我国电力系统常用额定电压值及允许偏差值，详见表1，各种电力设备及电气设备也是根据上述电压值确定设备的额定电压，因此电压质量对保证用户安全生产、产品质量以及电气设备的安全与寿命有着重要的影响。而电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件，有效的电压控制和合理的无功补偿，不仅能保证电压质量，而且可提高电力系统运行的稳定性、经济性[1]。

表1 常见电压额定值及允许偏差值范围

电力系统的无功电源与无功负荷，在高峰或低谷时都应采用分（电压）层和分（供电）区基本平衡的原则进行配置和运行，而电压控制问题主要取决于电力系统的无功电源与无功负荷之间的平衡调节，在保证电压值在允许额定的偏差值内，按照无功“分层分区、就地平衡”的原则进行调节控制[2]，以降低无功大幅流动造成的电能损耗，提高电网运行的经济性。

2.2 玉树电网运行中存在的电压控制问题

玉树地广人稀的特点决定了玉树电网的各等级输电线路较长，供电半径大，其110kV 线路最长有174km，35kV 线路最长有81.8km，10kV 主线最长有248km。玉树电网所供负荷基本为居民生活用电及小型商业负荷，冬季取暖负荷占总负荷的60%以上，加上“煤改电”取暖项目的逐步实施，在冷季取暖负荷大幅攀升的情况下，易出现“低电压”情况。在暖季负荷较小情况下，由于长线路充电功率的影响，易出现“高电压”情况。其电压“一高一低”的情况，主要表现在以下几个方面.

一是高电压的情况。由于玉树电网其一市五县的人口密集区均建有110kV 变电站，作为其“骨干”供电网络为110kV 变电站35kV 侧作为乡镇35kV变电站的主供电源，线路较长，负荷较轻，在变电站有载调压变压器档位调至最低时，变电站母线依然易出现“高电压”情况，造成配网10kV 用户用电设备烧毁现象时有发生。

二是低电压的情况。作为其“骨干”供电网络为110kV 变电站大多位于市县城区，其10kV 侧作为市县城区人口密集区的主供电源，供电半径相对较小，负荷较重，特别是在冬季取暖负荷大幅增加的情况下，无功功率缺乏较严重，易出现“低电压”情况。

3 常用电压控制方法

目前在我国电力系统中，正常情况下调整电压的方法主要有：一是改变发电机无功出力，包括发电机进相运行[3]。该方式通过增加或减少某区域的无功电源，从而达到调整电压的目的。在电压偏高、无功过剩的情况下，可让部分发电机组进相运行，此时发电机向外输送有功功率，但只吸收无功功率，达到降低电压的目的。

二是改变变压器分接头位置，调整无功功率的分布进行调压。双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高中压绕组一般都有若干个分接头可供选择，通过选择不同的分接头，改变负荷各侧无功功率的分布，使变压器变压比例发生变化，从而达到调压目的。

三是投入或切除无功补偿装置。常见的无功补偿装置有并联电容器、串联电容器、并联电抗器、无功补偿器（SVC）、静止无功发生器（SVG）等，通过控制这些装置的投切来实现无功功率的“分层分区、就地平衡”，从而实现电压控制。

四是开启备用发电机组，调整用电负荷或限电的方法调整电压。若该地区有备用发电机组，通过开启备用机组，有效提高供电电压。在无功极其缺乏，可考虑调整用电负荷或限电的方式来减少无功负荷，从而达到调整电压的目的。

4 相关电压控制应对措施的探讨

随着“煤改电”工程的持续推进，对电网运行造成的影响主要体现在无功需求波动大，电压“一高一低”的情况时有发生。为预防此类不利影响，可分别从电网侧、用户侧、自动控制等方面着手，采用的方法如下。

4.1 电网侧方面

一是改善电网接线方式及网络结构。增加此类电网与外部大电网的联系，增强负荷与电网电源的电气联接，这样可减少负荷波动对电压质量的影响，但这样需要加大电网输变电设备的投资，且短期内实施可能性较小。

二是强化主要电源末端调相机的配置。调相机作为一种既可用来发送无功，又可用来吸收无功功率的发电机，主要用于调节无功电压，以保证电网电能质量及系统稳定。但调相机一般用于超高压网络，且成本较高，不利于末端配电网无功的分层分区、就地平衡，很少用于110kV 及以下电力网络中。

三是强化骨干电压等级网络的无功补偿装备的配置。在作为“骨干”供电网络的110kV 变电站加装SVC 或SVG 设备，既可以产生感性无功也可以产生容性无功，在制定合适的控制策略后，可以保证110kV 变电站35kV 及10kV 母线电压合格率。

四是强化远离负荷中心的35kV 变电站侧电抗器的配置。由于受高原生态保护的限制，一些地方负荷增长可能性较小，在目前已有的供电距离较远、负荷较轻的35kV 变电站侧配置适当容量的电抗器，可以解决负荷低谷时的“高电压”问题。

五是强化远距离大分支10kV 线路的调压变压器或配变无功补偿装置的配置。按照“无功分层分区、就地平衡”的原则，在供电距离较远、负荷较重的线路上配置调压变压器或配置无功补偿装置，杜绝“低电压”情况，确保用户侧供电电压合格。

六是加强储能技术在电网负荷侧的应用，推动储能设施的建设和发展。储能可以进行有功、无功的协调控制，对电能质量的调节效果较好，能够快速有效解决电压问题。

4.2 用户侧方面

一是强化供暖电锅炉等大用户用户侧无功装置配置的管理。充分利用功率因数考核及电费差异化手段，督促大用户配置无功补偿装置，可以解决负荷高峰时的“低电压”问题。

二是力推蓄热式锅炉等可调节式负荷接入和改造。充分利用峰平谷电价差异和政府补贴等优惠政策，削峰填谷，降低电网负荷峰谷差。如可采用蓄热式取暖电锅炉，在电网负荷小时用电蓄热保温，在电网负荷高峰时段，就不需要全功率运转来加热，在取暖负荷比重占比较大的地区，可较大降低电网峰谷差，降低上述“高电压”和“低电压”发生的概率，其整体技术路线图如图1所示。

图1 蓄热式取暖电锅炉项目整体技术路线

4.3 自动控制方面

强化无功电压自动控制系统（AVC）的调试应用及策略优化。如玉树地区OPEN 3000系统中，已内嵌一套AVC 系统，但由于变电站测控装置上采集的母线电压等相关数据长时间不刷新，造成AVC 系统不能有效动作，厂家调试未成功，相关厂站未在AVC 系统闭环运行，只能依靠值班调度员人工进行相关的电压调整。尽快解决传输数据不刷新的问题后，联系厂家进行AVC 系统的调试，将变电站在AVC 系统中闭环运行，视运行情况积累各站分时段电压调整经验，完善AVC 系统的控制策略及参数，提高地区电网电压自动控制水平。

5 工程应用与展望

5.1 工程应用现状

5.1.1 无功补偿器SVC 在提升电压控制方面典型案例

通过系统潮流计算，得出玉树电网内的两座重负荷110kV 变电站在冬季取暖大负荷期间缺乏无功，另有三座负荷较小且供电电源线路较长的变电站由于充电功率的影响，存在无功过剩的现象。2021年，玉树地区电网两座重负荷110kV 变电站35kV 侧分别安装了3组SVC 无功补偿装置，容量均为15Mvar，其系统组成简图如图2所示，有效提高了该区域的供电电压控制水平，从该设备投运至今，这两座变电站相关供区未再出现“高电压”与“低电压”现象。

图2 SVC 系统组成简图

5.1.2 蓄热式锅炉在提升电压控制方面典型案例

随着清洁供暖工程的逐年推进，电锅炉大量增加，逐渐成为玉树电网中占比较高的负荷。通过对蓄热式电锅炉群有序调度协调控制的研究，将蓄热式电锅炉负荷集群作为需求侧负荷资源，引入电网整体系统调度，通过考虑电价引导等机制，积极推广蓄热式电锅炉。2021年，投运的金融、民南、西杭、粮油蓄热式供暖电锅炉房，目前已正常投运，其自动模式控制选择见表2，平抑了电网的部分峰谷差，有利于该区域的供电电压稳定及控制。

表2 直供、蓄热、放热模式控制选择

5.2 进一步研究方向

随着新型电力系统建设的推进和清洁能源的大量接入，以前的配电网逐渐转为有源配电网，其有功和无功潮流更加难以控制，电网峰谷差将越来越大，电压控制问题将越来越严峻。下一步要在储能系统提升电网电能质量及电压控制水平方面加大研究，积极推动电源侧、负荷侧储能资源参与电网的电压控制。

6 结语

目前，随着环保要求的逐步提高，推进清洁取暖作为治理大气污染及改变居民生活方式的重要措施，“煤改电”工程也越来越多，本文针对“煤改电”等大负荷项目接入西部偏远地区——玉树电网后，对电网供电电压控制造成的主要影响进行了简要分析，给出了相应的处理方法及预控措施，以便在往后工作中借鉴和运用，提高西部偏远地区电网供电电压控制水平及电网运行的经济性。