戴仲覆

畢節(jié)地區(qū)風(fēng)電集中接入變電站電壓偏高成因及應(yīng)對(duì)措施

戴仲覆

（直流輸電技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南方電網(wǎng)科學(xué)研究院）,廣東 廣州 510633）

作為國(guó)家西電東送戰(zhàn)略中的主要電力外送省份，貴州省近年來(lái)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展較快。貴州省風(fēng)能資源最為豐富的畢節(jié)地區(qū)現(xiàn)狀有兩個(gè)風(fēng)電集中接入的220kV變電站威寧站與赫章站，兩站均存在220kV母線運(yùn)行電壓偏高的問(wèn)題。結(jié)合兩站實(shí)際情況與《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析了兩站220kV母線運(yùn)行電壓偏高的成因，并在此基礎(chǔ)上兼顧兩站遠(yuǎn)期的電網(wǎng)接線，結(jié)合兩站的感性無(wú)功平衡分析結(jié)果，提出了在兩站低壓側(cè)裝設(shè)適量低壓電抗器的應(yīng)對(duì)措施。

風(fēng)電； 變電站； 電壓； 畢節(jié)地區(qū)

0 引言

近年來(lái)，隨著世界各國(guó)對(duì)能源問(wèn)題與環(huán)境問(wèn)題的日漸重視，大力開(kāi)發(fā)新能源已經(jīng)成為各國(guó)能源策略方面的一種共識(shí)。風(fēng)電作為一種技術(shù)成熟的新能源，被認(rèn)為是未來(lái)電力供應(yīng)的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的化石能發(fā)電相比，風(fēng)電可降低化石能消耗與溫室氣體排放，對(duì)支撐世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

在風(fēng)電蓬勃發(fā)展的同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模也日趨增大，100MW級(jí)以上的風(fēng)電場(chǎng)已逐漸成為主流。據(jù)保守估計(jì)，至2020年全球風(fēng)力資源可支撐世界12%的電力需求，相應(yīng)可累計(jì)減少CO2排放107.72億噸[1-2]。

作為國(guó)家西電東送戰(zhàn)略中的主要電力外送省份，貴州省風(fēng)力發(fā)電具有一定的發(fā)展?jié)摿?，且近年?lái)風(fēng)電裝機(jī)增長(zhǎng)速度較快。貴州省的風(fēng)能資源理論總儲(chǔ)量約為79333MW，技術(shù)開(kāi)發(fā)量約為12000MW，經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量約10000 MW。截至2016年底，貴州省已建成風(fēng)電裝機(jī)3522MW，根據(jù)規(guī)劃到2020年風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到8410MW。

貴州省風(fēng)能資源分布較為集中，主要集中在畢節(jié)、六盤(pán)水、都勻、凱里和貴陽(yáng)地區(qū)。其中以畢節(jié)地區(qū)的風(fēng)力資源最為豐富，該地區(qū)的220kV威寧變電站、赫章變電站有大量風(fēng)電機(jī)組經(jīng)由風(fēng)電場(chǎng)升壓站集中接入。而與貴州省內(nèi)其他220kV變電站相比，威寧變電站與赫章變電站的220kV母線存在運(yùn)行電壓水平偏高的問(wèn)題。

首先介紹了威寧變電站與赫章變電站的電網(wǎng)接線、主變規(guī)模、無(wú)功配置等情況，而后分析了變電站的母線運(yùn)行電壓水平情況，并依據(jù)《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析了變電站母線運(yùn)行電壓偏高的成因，最后提出了相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施。

2 風(fēng)電集中接入變電站概況

220kV威寧變電站與220kV赫章變電站均位于畢節(jié)地區(qū)西部，現(xiàn)狀有烏江源風(fēng)電場(chǎng)的297MW機(jī)組與岔河風(fēng)電場(chǎng)的198MW機(jī)組分別通過(guò)烏江源風(fēng)電場(chǎng)升壓站-威寧單回220kV架空線路、岔河風(fēng)電場(chǎng)升壓站-威寧單回220kV架空線路接入威寧變電站，另有220kV雪山風(fēng)電場(chǎng)的99MW機(jī)組通過(guò)雪山風(fēng)電場(chǎng)升壓站-赫章單回220kV架空線路接入赫章變電站。威寧變電站通過(guò)威寧-高峰雙回220kV線路與貴州主網(wǎng)相連，赫章站通過(guò)赫章-畢節(jié)雙回220kV線路與貴州主網(wǎng)相連。兩變電站現(xiàn)狀220kV電網(wǎng)接線示意圖如圖1所示。

圖1 威寧站與赫章站220kV現(xiàn)狀電網(wǎng)接線示意圖

220kV威寧變電站現(xiàn)狀主變?nèi)萘?×180MVA，低壓電容器容量4×7.5MVar，未配置低壓電抗器。220kV赫章變電站現(xiàn)狀主變?nèi)萘?×180MVA，低壓電容器容量6×7.5MVar，未配置低壓電抗器。

3 變電站運(yùn)行電壓水平情況

威寧變電站與赫章變電站現(xiàn)狀典型年1月-12月220kV母線運(yùn)行電壓水平統(tǒng)計(jì)曲線分別如圖2與圖3所示。由統(tǒng)計(jì)曲線可知，威寧變電站和赫章變電站220kV母線最高運(yùn)行電壓分別達(dá)到243kV和241kV，威寧變電站與赫章變電站最高運(yùn)行電壓平均值分別在238kV與237kV左右，最低運(yùn)行電壓平均值分別在228kV與230kV左右。兩站220kV母線電壓水平整體偏高，威寧變電站220kV母線最高運(yùn)行電壓已達(dá)到系統(tǒng)額定電壓+10%的上限[4]，赫章變電站220kV母線最高運(yùn)行電壓亦已接近上限水平。變電站220kV母線運(yùn)行電壓水平偏高將影響變電站的安全供電，從保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的角度出發(fā)，需對(duì)兩站220kV母線運(yùn)行電壓水平偏高的成因進(jìn)行分析，進(jìn)而尋求有效合理的應(yīng)對(duì)措施。

圖2 威寧變電站220kV母線年運(yùn)行電壓曲線

圖3 赫章變電站220kV母線年運(yùn)行電壓曲線

4 變電站電壓偏高成因分析

變電站的母線運(yùn)行電壓偏高一般由變電站近區(qū)的感性無(wú)功不足引起。220kV電網(wǎng)中的感性無(wú)功源主要來(lái)自于變電站低壓側(cè)的感性無(wú)功補(bǔ)償裝置與近區(qū)電廠的進(jìn)相運(yùn)行能力。當(dāng)變電站近區(qū)感性無(wú)功源提供的感性無(wú)功以及線路與變壓器的容性無(wú)功損耗不足以抵消變電站近區(qū)線路的充電功率時(shí)，變電站的母線運(yùn)行電壓將高于額定電壓水平。

考慮到大多數(shù)情況下220kV電網(wǎng)架空線路的充電功率與線路容性無(wú)功損耗基本平衡，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，對(duì)僅有架空出線的220kV變電站一般較少配置低壓電抗器。文獻(xiàn)[3]規(guī)定對(duì)進(jìn)、出線以電纜為主的220kV變電站，可根據(jù)電纜長(zhǎng)度配置相應(yīng)的感性無(wú)功補(bǔ)償裝置。由于貴州電網(wǎng)220kV站點(diǎn)基本無(wú)電纜出線，貴州現(xiàn)狀220kV變電站均未安裝低壓電抗器。

威寧變電站、赫章變電站現(xiàn)狀220kV進(jìn)、出線情況見(jiàn)表1。

表1 威寧站、赫章站現(xiàn)狀220kV進(jìn)、出線情況

由表1可見(jiàn)，威寧變電站、赫章變電站現(xiàn)狀無(wú)電纜進(jìn)、出線，但兩站架空出線均較長(zhǎng)，且連接有風(fēng)電場(chǎng)升壓站，需進(jìn)行進(jìn)一步分析。

現(xiàn)狀貴州電網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)均采用恒功率因素控制策略，功率因數(shù)設(shè)置為1.0或0.98，運(yùn)行前設(shè)定功率因數(shù)，運(yùn)行過(guò)程中不能改變功率因數(shù)。因此，貴州電網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組不做進(jìn)相運(yùn)行，自身的無(wú)功調(diào)節(jié)能力非常有限，無(wú)法為近區(qū)變電站提供感性無(wú)功支持。依據(jù)文獻(xiàn)[3]：“對(duì)于直接接入公共電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，……其配置的感性無(wú)功容量能夠補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)自身的容性充電無(wú)功功率及風(fēng)電場(chǎng)送出線路的一半充電無(wú)功功率。”可見(jiàn)，風(fēng)電站升壓站的設(shè)計(jì)無(wú)功配置僅能平衡風(fēng)電場(chǎng)送出線路一半的充電功率，剩下的一半充電功率需由接入變電站進(jìn)行平衡。威寧變電站與赫章變電站每站風(fēng)電場(chǎng)接入線路及電網(wǎng)出線總長(zhǎng)度均超過(guò)200公里，線路產(chǎn)生的充電功率應(yīng)大于線路與變壓器的容性無(wú)功損耗之和。

綜上可知，威寧變電站與赫章變電站220kV母線運(yùn)行電壓水平偏高的原因是目前220kV威寧變電站和赫章變電站進(jìn)、出線路總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，產(chǎn)生的充電功率超過(guò)了線路與變壓器的容性無(wú)功損耗，而兩站均未安裝低壓感性無(wú)功補(bǔ)償裝置，且近區(qū)風(fēng)電機(jī)組不做進(jìn)相運(yùn)行，缺乏無(wú)功調(diào)節(jié)手段來(lái)平衡過(guò)剩的充電功率。

5 應(yīng)對(duì)措施

由近區(qū)感性無(wú)功補(bǔ)償容量不足造成的變電站母線運(yùn)行電壓偏高問(wèn)題，較為經(jīng)濟(jì)合理的解決辦法是在變電站加裝低壓感性無(wú)功補(bǔ)償裝置。依據(jù)貴州電網(wǎng)規(guī)劃成果[5]，“十三五”期間威寧變電站與赫章變電站的220kV電網(wǎng)接線會(huì)發(fā)生一定程度的變化。本文兼顧應(yīng)對(duì)措施的遠(yuǎn)期適應(yīng)性，以兩站2020年的規(guī)劃電網(wǎng)接線為基礎(chǔ)進(jìn)行兩站無(wú)功平衡分析。至2020年，威寧變電站220kV出線共5回，分別為至岔河風(fēng)電站1回，至海拉光伏發(fā)電群1回，至象鼻嶺水電站1回，至高峰變電站2回；赫章變電站220kV出線共4回，分別為至雪山風(fēng)電站升壓站1回，至烏江源風(fēng)電升壓站1回，至畢節(jié)變電站2回。兩站2020年規(guī)劃電網(wǎng)接線示意圖如圖4所示。

兩站2020年小方式無(wú)功平衡表見(jiàn)表2。

圖4 威寧站與赫章站220kV規(guī)劃電網(wǎng)接線示意圖

表2 威寧站、赫章站2020年小方式無(wú)功平衡表

由表2可知，在2020年規(guī)劃網(wǎng)架下，兩站近區(qū)的充電功率均大于線路與主變的容性無(wú)功損耗之和。平衡結(jié)果表明，威寧變電站存在24.7MVar的感性無(wú)功缺額，赫章變電站存在21.3Mvar的感性無(wú)功缺額。建議按缺額容量在兩站低壓側(cè)各配置4×6MVar低壓電抗器，即每站各配置總量為24MVar低壓電抗器，以平衡過(guò)剩的充電功率，維持變電站220kV母線運(yùn)行電壓在合理的范圍之內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)畢節(jié)地區(qū)風(fēng)電集中接入的變電站威寧變電站、赫章變電站220kV母線的運(yùn)行電壓水平情況進(jìn)行分析，得到了兩站220kV母線運(yùn)行電壓水平偏高的結(jié)論。而后結(jié)合兩站實(shí)際情況與《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明電壓偏高的原因主要是兩站進(jìn)、出線路總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，產(chǎn)生的充電功率超過(guò)了線路與變壓器的容性無(wú)功損耗，而兩站均未安裝低壓感性無(wú)功補(bǔ)償裝置，且近區(qū)風(fēng)電機(jī)組不做進(jìn)相運(yùn)行，缺乏無(wú)功調(diào)節(jié)手段來(lái)平衡過(guò)剩的充電功率。最后在此基礎(chǔ)上，提出了在兩站低壓側(cè)配置適量低壓電抗器的應(yīng)對(duì)措施。研究結(jié)果為畢節(jié)地區(qū)風(fēng)電集中接入變電站的母線運(yùn)行電壓偏高問(wèn)題提供了合理的解決方案，對(duì)貴州省其他地區(qū)的同類型問(wèn)題具有借鑒意義。

[1]EWEA．Wind force12[EB/OL].http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/documents/publications/reports/wf12-2005.pdf.

[2]全球風(fēng)能理事會(huì).全球風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展報(bào)告2012[EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/bb7696b851e79b8968022624.html.

[3]GB/T 19963-2011，風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定[S]．

[4]SD 325-89，電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則[S]．

[5]貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司.貴州省“十三五”電力工業(yè)發(fā)展規(guī)劃[Z].貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司.2014．

Cause and Corresponding Countermeasure Analysis of High Voltage Problems in the Substations Integrated with Wind Farms in Bijie Area

DAI Zhong-fu

（State Key Laboratory of HVDC,Electric Power Research Institute CSG，Guangzhou 510633，China）

Recent years,as the main power export province in the national strategy of transmitting electricity from west to east,Guizhou province shows a rapid development in wind power.Presently,there are high voltage problems in two substations integrated with wind farms called Weining and Hezhang in Bjjie Area which ownes the richest wind power resourses in Guizhou province.This paper combined actual situation of the two substations and the relative standards such as Technical rule for connecting wind farm to power system to analyze the cause of high voltage problems,and on the basis of which gives considerations to the long term power grid connection and the Inductive reactive power balance results of the two substations,finally put forward the countermeasures of installing appropriate amount of low voltage reactors on the low voltage buses of the two substations.

wind farm； substation； voltage； Bijie area

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.012

TM614

B

2095-3429（2017）04-0052-04

戴仲覆（1985-），男，湖南長(zhǎng)沙人，碩士，工程師，主要從事大電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行分析計(jì)算等工作。

2017-07-11

修回日期：2017-08-08