浅谈盐城220kV振阳变主变受电力率的优化控制
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[摘 要]针对江苏省电力公司下达的220kV主变受电力率指标要求，统筹考虑射阳电网负荷、无功电源配置、系统电压水平、设备实际状态等情况，在保证系统电压稳定和设备健康运行的基础上，利用遥测、遥控、遥调等手段，自动投切电容器或对变电站主变档位进行调节，以控制220kV主变受电力率在合理的范围内，达到降低电网损耗的目的。
[关键词]力率无功电压优化
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0277-01
前言
进入二十一世纪以来，随着国民经济的快速发展，电网建设速度明显加快，已经初步解决了电力供应不足的问题，在此前提下，江苏省电力公司加强了无功力率的考核，使电网的管理水平上了一个新的台阶。这几年来，江苏省电力调度对220kV变电所主变的受电力率提出了明确的要求并进行了严格的考核，考核的原则是在用电高峰时段，尽可能少吸收主网的无功，低谷时段不向网上送无功，而要从网上吸收适当的无功，以满足逆调压的要求。而盐城射阳电网因其网架较为薄弱、无功容量配置不足、有小电厂上网等因素，要同时满足无功力率的考核要求和工农业生产和人民生活对高质量的电能的需求，客观上还存在着一定的困难。本文首先介绍射阳电网电网的基本情况，以及220kv变电站受电力率的要求；其次结合了调度中心能量管理系统（EMS）保存的历史运行数据对射阳电网实际情况进行了分析，指出其不足之处；提出优化控制的方法。考虑无功功率倒送、电压合格区间和低功率因数情况，可为无功电压优化运行和管理提供参考。
一、射阳电网相关情况
射阳电网目前主要由220kV振阳变和射阳港电厂两个电源点，射阳港电厂主供县区东部110kV临海、黄尖、海通、射阳变电站，220kV振阳变主供县区西部110kV特庸、合德、凤鸣、胜利桥、金海变电站，东西部电网间只有2条110kV线路连接，联系比较薄弱，同时射阳生物质发电厂2台15MVA机组经110kV双回线至振阳变110kV母线上网。
220kV振阳变配置120MVA主变一台，由于与射阳港电厂通过220kV线路联络，母线电压较高，故未配置电容器。
二、 振阳变力率调节方面存在的问题
1、所供110kV、35kV变电站无功补偿容量的不足
二十世纪九十年代由于电网电压偏高，电容器普遍投不上。因此在新上工程时，要么不装设电容器，要么容量偏小，振阳变所供35kV变电站多为运行20年左右的老旧变电站，这种情况更是严重。同时设备老化也决定了电容器不能承受频繁投切。
2、总体负荷低，振阳变力率受小电厂影响大
由于振阳变所供多为农民地区，正常情况下负荷较小，高峰时段主变有功不过40MW左右，夜里低谷时段仅10MW多一点，而小电厂由于其机组特殊性，在高峰时段为了多发有功，无功发得很少，而低谷时段要保证机组稳定，必须发出一定的无功，造成振阳变主变力率过高甚至向网上倒送。
3、电网运行人员对无功的重要性认识不足
长期以来，电网不是很强，在N-1未具备的情况下，电网运行人员主要考虑满足有功的需求，侧重于电网的安全管理、操作管理，对无功管理以及电网的经济运行未能足够重视，导致在力率不满足要求的情况下不及时手动调节。
4、无功电压自动控制系统不完善
投入电网运行的无功电压自动控制装置或系统，它是以满足变电所中、低压侧母线电压合格为前提，向电网不送或少送无功为条件来投切电容器、调节主变分接头，这往往造成在低谷时段电压符合要求，该变电所仍向系统送少量的无功，力率超上限，而电容器仍在投入运行；而在高峰时段，电压符合要求，力率低于下限时，电容器仍然不投入运行。
三、对振阳变主变受电力率优化控制的措施
1、优化调整系统运行方式
针对振阳变主变负荷较低、力率稳定性差的情况，把主供射阳城区的110kV射阳变电站调由振阳变供电，将振阳变高峰时段供出有功提升到80MW左右，降低小电厂无功的影响。
2、配备合理的无功补偿设备
针对射阳西部35kV变电站无功补偿配置不足、设备老化等情况，对振阳变供电的35kV变电站电容器进行改造，提升设备状况，增加补偿容量。同时安排技改项目在振阳变新增一组12MVar的电容器，为了方便根据负荷进行投切，还将电容器分成两组，用一只开关、两把刀闸进行控制，这样在系统方式调整负荷低时投入一组6MVar即可，保证灵活可控。
3、对无功电压自动控制系统的控制方式进行优化
将无功电压自动控制系统的动作条件改为振阳变主变受电力率，把振阳变及其所供110kV、35kV变电站母线电压和受电力率、各电容器开关动作次数作为约束条件，对振阳变无功、电压和力率进行综合控制。
控制的基本行为描述如下：
（1）确定变量
力率cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2，高峰时段要求力率下限cosφ0为0.97，力率上限cosφ1为1，即尽量减少从网上吸收无功，低谷时段要求力率下限cosφ0为0.95，力率上限cosφ1为0.98，即适度吸收网上的无功。
其中P为主变受进有功功率，Q为主变受进无功功率，S为主变受进视在功率
P和Q均为自动化系统实测数据，记为P测和Q测。
P测不可控
Q测=Q负-Q投-Q发，其中Q负为负荷消耗的无功，不可控，Q投为振阳变所供变电站累计投入的电容量，完全可控，Q发为小电厂发出的无功，较难控制。
因此，要调节力率，首先考虑调节Q投。
（2）约束条件
220kV振阳变220kV母线电压在213kV-235kV之间，110kV母线电压在109kV-120kV之间，35kV母线电压在34kV-37.45kV之间；
振阳变所供110kV、35kV变电站10kV母线电压在10kV-10.7kV之间；
振阳变及其所供变电站所有电容器每日投切次数不大于6次；
振阳变所供110kV、35kV变电站受进无功Q≥0。
（3）目标函数：
当cosφ越下限时，应投的电容量ΔQ=Q测-P测tgφ0
当cosφ越上限时，应切的电容量ΔQ=Q测-P测tgφ0
系统根据ΔQ值，在设备状态库中选择投切电容量略大于ΔQ的电容器组。
小结：
我们知道优化控制在电力系统电网规划、最优潮流、无功优化、机组组合、经济负荷分配、配网优化运行、优化设计、电厂控制、负荷模型参数辨识等方面度有着广泛的应用。而对主变受电力率的控制目前并不多见，而受电力率和无功电压的优化运行和管理对电网的安全、稳定和经济运行具有重要意义。随着电网规模的增大、大功率远距离传输和负荷的增长，各级电网公司对受电力率和无功电压问题愈来愈重视，国家电网公司近几年也颁布和更新了多个涉及无功电压方面的技术原则和管理规定。2005年江苏省电力调度中心为加强江苏电网的无功电压管理，进一步改善电压质量，提高电网的安全、经济运行水平，根据国务院颁发的《电网调度管理条例》、原能源部颁发的《电力系统电压和无功电力技术导则》、国网公司颁布的《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》和《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》等相关技术标准和管理规定，结合江苏电网的实际情况，制定了江苏电网220kV变电站受电力率合格率考核办法。考核办法经过这几年的实施，江苏电网中各220kV变电站的电压水平、受电力率明显提高，变电站之间及主变压器（简称主变）中无功大量流动穿越现象显著减少，整个江苏电网的无功电压情况得到了优化和提高。本文只是浅析受电力率和无功电压的优化控制，不足之处还望批评指正。
参考文献：
[1] 《电力系统电压和无功电力技术导则》（试行）SD325-89中国电力出版社.
[2] 《电力系统电压和无功电力管理条例》中国电力出版社.