小电源富集地区的电压控制策略

高 涛 ，尚学全 ，陈昌垦 ，季广虎

（1. 十堰巨能电力设计有限公司，湖北 十堰 442000;2. 国网湖北十堰电力调度中心，湖北 十堰 442000）

0 引言

在小电源富集区域，出于经济原因，电源与负载混杂（共线或共站），导致电力潮流变动剧烈，甚至反向流动，汇集母线电压也随之剧烈波动。这些地区的输变电系统主变电压选择不合理，在主网供电时母线电压偏低，在外送主网时母线电压大幅抬升，即使主变调压到极限也无法限制到安全水平，只能限发限供，甚至断网停运，导致弃水、弃光、弃风，影响正常供电。

文献[1-2]规定了各级标称电压和供电端、用电端电压的允许偏差。文献[3]原则性列举了减小电压偏差的4 条途径和3 条措施。文献[4]给出了逆调压、顺调压、恒调压的概念。文献[5]讨论了变压器分接头调压、（加压调压器、静电电容补偿器、同步调相机）改变功率分布调压、（串联电容补偿、按容许压降选择导线截面）改善线路参数调压的工程计算方法，给出了电压偏移、无功增量、变比差值、电抗之间的数学表达式，但忽略了电阻、有功变量，也没有分析各变量的调压权重和灵敏度。文献[6]描述了系统电压过低或无功功率突然大额缺失（等效为电抗突然增大）时，系统在无功电压特性作用下发生电压崩溃，分析了其机理和预防措施，却回避了无功充盈、电压偏高时的控制。文献[3]和文献[7-9]原则性规定了有载调压变压器的条件和逆调压条件、范围，文献[10]一般性地规定了变压器的额定电压、分接头布置、调压方式选用和（无励、有载）分接范围，文献[11]则给出了调相调压的具体计算方法，但未考虑线路阻抗，也没有分析各参数的调压权重和灵敏度。

本文根据单机无穷大系统模型，解释电压偏差产生的机理，建立了电压偏差与有功、无功、电阻、电抗、变比的数学关系式，分析了电压控制的途径。由电压偏差的数学关系式，推导了电压偏差的灵敏度公式，估算了各变量的灵敏度系数值，提出了电压控制途径的优先顺序。在此基础上，阐述了以调控主变变比为主电压控制策略，给出了理论设计步骤和工程设计流程，最后结合实例进行说明。

1 电压波动的控制策略

综前所述，主变变比K最能影响关注的电源接入点电压U′′， ΔU′′对主变变比K最敏感，故控制U′′的策略为：合理选择系统主变各侧额定电压，配合有载调压变比K′，尽量将U′′限制在合理区间，再依次限制Q、R、P，最后考虑上调电压等级。具体步骤如下：

根据实际运行情况，确定P、Q的波动范围和U′′的允许范围；

建立系统模型，求综合电阻R、综合电抗X；

确定无穷大系统（足够远处）母线恒定电压U′的波动范围，在此过程中不考虑有载调压变比K′，且KN取UN与均为标称电压时的标称变比；

根据U′、U的波动范围（实际工程中不可能有无穷大系统，U仍有波动），合理确定

根据确定的KN，考虑K′，计算各极端工况下的U′′，校核其是否在允许范围；

若U′′超标，则提出限制Q（无功补偿、SVG、进相运行）、R（更换导线）、P（限发限供）等可行措施后，返回上一步；迭代若干次后，可以考虑上调电压等级。

实际工程可借助PSASP 软件简化上述步骤：

根据实际运行情况，确定P、Q的波动范围和各控制点电压的允许范围；

输入各元件参数，系统建模；

在主变参数页面上改变额定电压、变比（季节调节可叠加无励调压）后，计算各极端工况下的潮流，校核各控制点的电压水平，固化最能满足各点电压水平的主变额定电压；

若仍有控制点的电压超标，提出限制Q（无功补偿、SVG、进相运行）、R（更换导线）、P（限发限供）等可行措施后，计算各极端工况下的潮流，校核各控制点的电压水平；迭代若干次后，可以考虑上调接入电压等级。

当有多点电压须要控制时，可按先系统侧后接入侧、先整体后局部、先高压后低压的顺序渐次进行。接入大量社会公共负荷的10 kV 母线是最主要的电压控制点，而110 kV 主变控制范围广，结合文献[7]规定，有载调压一般以110 kV 主变为主，不足部分辅以35 kV 主变。

2 工程实例

如图1 所示，中坝、上龛2 座35 kV 变电站接入主网110 kV 秦口变电站35 kVII 段母线：

图1 秦口35kV 输变电系统图

中坝主变2 台（1 主1 备），容量（1.6 +6.3）MV·A，变比均为35 ± 2 × 2.5%/10.5，；35 kV侧装机14.7 MW，外送13.23～1.47 MW；10 kV 侧装机3.32 MW，平衡就地负荷后外送3.10～-2.1 MW。

上龛主变1 台，容量12.5 MV·A，变比35 ± 2 ×2.5%/10.5；10 kV 侧装机8.6 MW，平衡就地负荷后外送7.74～-2.5 MW。

秦口主变2 台，容量（10 + 31.5）MV·A，变比110 ± 8 × 1.25%/38.5 ± 2 × 2.5%/10.5；110 kV 侧装机8.805 MW，外送7.93～0.88 MW；35 kV 侧装机10.75 MW，平衡就地负荷后外送7.68～-4.34 MW；10 kV 侧装机2 MW，就地平衡后不外送。

因为该3 座变电所的10 kV 母线均接有居民用电等公共负荷，故电压调控的首要目标就是将它们的10 kV 母线电压限制在10.0～10.7 kV，其次是将35 kV 母线电压波幅绝对值限制在10%以内。将线路、主变参数录入PSASP 软件，各工况的运行数据代入秦口主变所在的大网做潮流计算，考察各母线电压变化情况。

在发电最多、用电最少的峰小时期，选取秦口主变为110 ± 8 × 1.25%/38.5 ± 2 × 2.5%/10.5、115 ±8 × 1.25%/37 ± 2 × 2.5%/10.5 2 个系列、（秦口、中坝、上龛）配合调压的7 种状况。

（1）秦口主变 110 ± 8 × 1.25%/38.5 ± 2 × 2.5%/10.5，110 kV 侧9 档、35 kV 侧3 档（110 + 0%/38.5 + 0%）；

（2）中坝、上龛停运，其他同（1）；

（3）秦口主变 110 ± 8 × 1.25%/38.5 ± 2 × 2.5%/10.5，110 kV 侧1 档、35 kV 侧5 档（110 + 10%/38.5-10%）；

（4）秦口主变 115 ± 8 × 1.25%/37 ± 2 × 2.5%/10.5，110 kV 侧9 档、35 kV 侧3 档（115 + 0%/37 + 0%）；

（5）秦口主变 115 ± 8 × 1.25%/37 ± 2 × 2.5%/10.5，110 kV 侧1 档、35 kV 侧5 档（115 + 10%/37-10%）；

（6）中坝、上龛主变均35 kV 侧1 档（35 +5%/10.5），其他同（5）；

（7）中坝变10 kV 母线装设4 Mvar 的SVG（出力约3 Mvar），其他同（6）。

上述各情况下的各点电压如表1 所示。由情况（1）～（3）可见，虽然秦口主变当前电压变比不合理导致峰小时期各控制点电压均偏高，但是调整主变变比要比限制发电出力更能改善各点电压水平。

表1 峰小期各控制点在7 种调控状况下的电压比较kV

在发电最少、用电最多的枯大时期，选取秦口主变为110 ± 8 × 1.25%/38.5 ± 2 × 2.5%/10.5、115 ±8 × 1.25%/37 ± 2 × 2.5%/10.5 2 个系列、（秦口、中坝、上龛）配合调压的6 种状况。

（1）秦口主变 110 ± 8 × 1.25%/38.5 ± 2 × 2.5%/10.5，110 kV 侧9 档、35 kV 侧3 档（110 + 0%/38.5 + 0%）；

（2）秦口主变 110 ± 8 × 1.25%/38.5 ± 2 × 2.5%/10.5，110 kV 侧9 档、35 kV 侧5 档（110 + 0%/38.5-5%）；

（3）中坝、上龛主变均35 kV 侧2 档（35 +2.5%/10.5），其他同（2）；

（4）秦口主变 115 ± 8 × 1.25%/37 ± 2 × 2.5%/10.5，110 kV 侧9 档、35 kV 侧3 档（115 + 0%/37 + 0%）；

（5）秦口主变 115 ± 8 × 1.25%/37 ± 2 × 2.5%/10.5，110 kV 侧12 档、35 kV 侧3 档（115 - 3.75%/37 + 0%）；

（6）中坝、上龛主变均35 kV 侧2 档（35 +2.5%/10.5），其他同（5）。

上述各情况下的各点电压如表2 所示。由情况（1）～（3）可见，保持秦口主变当前电压变比，即使在枯大时期也要无励调压，且中坝、上龛配合有载调压，才能使各控制点电压合格。

表2 枯大期各控制点在6 种调控状况下的电压比较kV

由表1 情况（7）、表2 情况（6）可见，应将秦口主变电压变比调整为115 ± 8 × 1.25%/37 ± 2 ×2.5%/10.5，再在中坝变10 kV 母线装设SVG。峰小时，秦口主变有载、无励调压，中坝、上龛主变有载调压，中坝变无功补偿；枯大时，秦口、中坝、上龛仅主变有载调压，就可以将各控制点限制到合理区间。

综上所述，秦口主变最优电压等级为115 ± 8 ×1.25%/37 ± 2 × 2.5%/10.5。此外，35 kV 秦坝线导线型号为LGJ-70，输电容量偏小，如果再换线改造，则秦口35 kV 输变电系统就能应对各种工况。

3 结论

小电源富集区电网无功充盈，本文用单机无穷大系统模型揭示了电压随电力潮流波动的机理。由此推导的电压偏差计算公式表明，主变变比最能影响控制点电压；灵敏度分析表明，控制点电压变动对主变变比变化最敏感。电压控制策略为先合理选择系统主变各侧额定电压，配合有载调压变比，尽量将控制点电压限制在合理区间，再依次限制无功、电阻、有功，最后考虑上调电压等级。该策略成功应用于实践，对类似工程具有借鉴意义。