小電源并網(wǎng)點電壓波動分析及控制策略

汪德義

(國網(wǎng)黃山供電公司，安徽 黃山 245000)

對于小水電、光伏等小電源，小容量(2 MW及以下)并網(wǎng)點一般為就近配網(wǎng)公用線T接，由于容量小，在停、啟發(fā)電時對系統(tǒng)電壓影響較小。對于較大容量電源，一般采用專線上網(wǎng)，其并網(wǎng)點一般選擇為就近變電站。小水電受雨情、防汛等影響，光伏受晝夜交替及天氣等影響需要頻繁啟、停，在發(fā)電、停發(fā)電時將會對并網(wǎng)點的電壓造成波動，從而影響供電質量[1]。

表1 1號和2號發(fā)電機參數(shù)

1 某水電站運行簡介

皖南山區(qū)某水電站，修建有二級水庫，庫容750萬m3，為季度性調節(jié)水庫，以防洪灌溉為主，水庫水位調度必須執(zhí)行市防汛抗旱指揮部指令，兼顧發(fā)電。該水電站的發(fā)電由黃山地調調度，發(fā)電曲線一般為：汛期高峰期兩臺滿發(fā)，低谷期一臺發(fā)電。其他時段滿足灌溉要求情況下發(fā)電以頂峰為主，一般為高峰期發(fā)一臺或兩臺，低谷期停發(fā)。其以一條35 kV專線至一座35 kV變電站并網(wǎng)。接線圖及技術參數(shù)見圖1和表1。

35 kV線路參數(shù)：金璜342線，長度31.86 km，Z=8.6+j12.77Ω；璜長350線，長度3.7 km，Z=0.78+j1.48Ω。

2 水電站發(fā)電情況下的并網(wǎng)變電站35 kV母線電壓及水電站35 kV母線電壓

110 kV變電站主變?yōu)橛休d調壓變，由系統(tǒng)自動電壓控制系統(tǒng)(Automatic Voltage Control,AVC)自動控制調整。因110 kV變電站具備AVC自動調壓功能，在負荷變化時其母線電壓基本維持不變，查其35 kV母線平均電壓為37 kV。查并網(wǎng)變電站(璜田變)負荷：夏季最大負荷約為2.2 MW，平均負荷約1.3 MW；春秋冬季最大負荷約為2 MW，平均負荷約1 MW；功率因數(shù)約為0.90。取變電站負荷分別為2，1 MW。當水電站發(fā)電時，由于并網(wǎng)變電站負荷較小，功率需向上級變電站輸送，因此要求其盡量少發(fā)無功，發(fā)電機功率因數(shù)取0.98。當水電站發(fā)電功率為0，3，4，6，8 MW。

并網(wǎng)變電站及水電站35 kV母線電壓如表2所示。

表2 水電站發(fā)電時變電站、水電站母線電壓 kV

由表2可見，水電站在發(fā)電情況下，當并網(wǎng)變電站向系統(tǒng)倒送功率時，并網(wǎng)變35 kV母線電壓將抬升。當水電站滿發(fā)時，負荷高峰期其母線電壓達38.62 kV，在負荷較小時其電壓抬升更高超過39.00 kV，超過35 kV母線電壓允許最高值38.50 kV。實際值與計算值基本一致。在單臺水電機組從停發(fā)到滿發(fā)并網(wǎng)變35 kV母線電壓波動約3.3%，兩臺水電機組從停發(fā)到滿發(fā)并網(wǎng)變35 kV母線電壓波動約6.54%。計及負荷波動日最高/最低電壓波動達8.2%。最高電壓及日電壓波動均超允許值，造成并網(wǎng)變電站供電質量下降。由于發(fā)電、停發(fā)時電壓波動大，使并網(wǎng)變電站AVC動作頻繁。在35 kV母線電壓達38.62，39.02 kV時，主變運行在I檔其10 kV母線電壓達11.03，11.14 kV，超過合格電壓值10.70 kV，造成并網(wǎng)變電站10 kV母線電壓不合格。

3 調整水電站并網(wǎng)主變分接頭分析

為降低并網(wǎng)變電站35 kV母線電壓，需要調整水電站主變分接頭，由I檔調整為IV檔，其檔位電壓由36.75 kV調整為34.125 kV。在水電站并網(wǎng)發(fā)電后，其發(fā)電機端電壓超高，發(fā)電機出現(xiàn)異常聲響。隨即停止發(fā)電，再將主變檔位調回至I檔。

通過分析原因得到：在系統(tǒng)電壓一定時，根據(jù)潮流方向，確定了水電站的電壓。由于小水電發(fā)電機不具備進相運行功能，因此調整主變分接頭只會造成發(fā)電機端的電壓升高，不能改善并網(wǎng)變電站35 kV母線電壓質量。

設110 kV變電站35 kV母線電壓為37.00 kV，并網(wǎng)變電站負荷1 MW；功率因數(shù)取0.900；發(fā)電機輸出功率為3 MW，功率因數(shù)取0.995。此時水電站35 kV母線電壓經(jīng)計算為：37.48 kV。發(fā)電機出口電壓為：37.48×(6.3/34.125)=6.92(kV)，較額定電壓6.30 kV偏高9.80%，因此發(fā)電機出現(xiàn)異常聲響。

4 并網(wǎng)變電站35 kV母線電壓控制策略

4.1 水電站機組發(fā)電時有功功率送入電網(wǎng)

為減小電壓抬升，應盡量少發(fā)無功[2]。由于小水電機組不具備進相運行能力，因此其無功調節(jié)手段有限。

為降低并網(wǎng)變電站35 kV母線電壓，可安裝電抗器或靜止無功補償裝置SVG。其輸出的無功功率，彌補了小水電機組不具備進相運行能力的缺陷，可有效調整并網(wǎng)電站35 kV母線電壓。

水電站裝機為兩臺機組，單臺機組滿發(fā)引起變電站電壓波動約3.3%，為加強電壓調整控制，因此若加裝電抗器控制電壓時對應選擇兩臺。若加裝靜止無功補償裝置SVG，因其具備調整輸出功能，只安裝一臺即可。

4.2 并聯(lián)電抗器容量選擇

根據(jù)并網(wǎng)變電站母線短路容量計算得到：最大運行方式下單組電抗器需選擇4.4 Mvar，最小運行方式下單組電抗器需選擇1.85 Mvar。

推薦選擇兩組2 Mvar電抗器，安裝在并網(wǎng)變電站35 kV母線。在發(fā)電機停發(fā)時不投，單臺發(fā)電時投一組，兩臺發(fā)電時投兩組。在變電站負荷分別為2，1 MW，發(fā)電機輸出功率分別為0，3，4，6，8 MW，功率因數(shù)為0.98時，并網(wǎng)變電站及水電站35 kV母線電壓如表3所示。

表3 加裝電抗器時變電站、水電站母線電壓 kV

由表3可見，安裝電抗器后，并網(wǎng)變電站35 kV母線電壓在36.2～37.72 kV之間，日電壓波動約為4%，電壓值及波動均在合格范圍內(nèi)。

在變電站安裝并聯(lián)電抗器，其投、停由AVC根據(jù)35 kV母線電壓、并網(wǎng)水電站線路輸入功率控制自動投切。電抗器分為兩組，由于水電站機組啟、停一般也分開進行，因此可減小電抗器投、切瞬間的電壓波動幅度，確保電壓值、波動值均在合格范圍。

4.3 靜止無功補償裝置SVG選擇

SVG的無功電流可以跟隨負荷無功電流的變化而變化，自動補償電網(wǎng)系統(tǒng)所需無功功率，對電網(wǎng)無功功率實現(xiàn)動態(tài)補償，實現(xiàn)連續(xù)調節(jié)。故選擇一臺SVG即可滿足要求，其容量可選擇為5 Mvar。通過計算得到，并網(wǎng)變電站電壓35 kV母線電壓、日波動值均滿足要求。

5 結語

由于小電源一般不具備進相運行功能，其并網(wǎng)發(fā)電時將抬升并網(wǎng)點的電壓。在并網(wǎng)電源較大時，為防止并網(wǎng)點電壓越上限及日波動值越限，可以加裝電抗器或靜止無功補償裝置，以確保并網(wǎng)點的電壓合格，提高供電質量。加裝的電抗器或靜止無功補償裝置可由AVC根據(jù)并網(wǎng)點電壓、并網(wǎng)發(fā)電功率實現(xiàn)自動控制。