南方电网无功电压问题浅析_最终版

作者简介：李智欢 (1985—)，男，工程师，博士，研究方向为电力系统无功优化；

张艳艳(1991—)，女，硕士研究生，研究方向为电力系统分析与计算。

南方电网无功电压问题浅析

李智欢1，张艳艳2，苏寅生1，黄河1，陈金富2

(1.中国南方电网有限责任公司，广东 广州 510623；

2. 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)，湖北 武汉 430074)

摘 要：本文简要介绍了无功电压控制策略，给出了南方电网无功配置情况、无功平衡情况、N-1电压水平情况，分析了南方电网无功电压运行存在的问题，并提出相应的措施和建议，从电网运行方式安排、静态无功补偿、无功分层分区平衡控制、动态无功支撑、电压无功自动控制和电压无功监督管理方面对南方电网的无功电压工作提出建议。

关键词：南方电网；无功功率；电压水平；无功电压控制

Analysis on Southern Power Grid Reactive V oltage Problem

LI Zhi-huan 1, ZHANG Yan-yan 2, SU Yan-sheng 1, HUANG He 1, CHEN Jin-fu 2

(1.China Southern Power Grid Co. Ltd., Guangzhou 510623, China ；

2. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology (Huazhong University of

Science and Technology), Wuhan 430074, China)

Abstract: The paper uses BPA which is developed by China Electric Power Research Institute to simulate and analyze and make calculation based on southern power grid operation mode data. The paper gives cases about southern power grid reactive power configuration, reactive power balance and N-1 voltage level. Analyzes the problems existing in the southern power grid reactive voltage operation, and puts forward corresponding measures and Suggestions. Recommendations are made on southern power grid reactive voltage operation in respects of power grid operation arrangement, static reactive power compensation, reactive layered and zoned control balance control, dynamic reactive power support, Automatic V oltage Control (A VC), and voltage reactive power supervision and management.

Key Words: South China Power Grid; reactive power; voltage level; reactive power and voltage control

0 引言

南方电网覆盖五省区，包括广东、广西、云南、贵州和海南。其中云南、贵州500kV 网络呈辐射状，广东、广西存在多个500kV 输电环网，海南以220kV 的环岛线路作为输电主网。南方电网特点是远距离、大容量西电东送和交直流混合输电，是目前国内最复杂的电网[1]。截至2013年底，南方电网统调装机容量约2.1亿kW ，其中火电占48.5%，水电占比37.6%，核电约占2.9%，全社会用电量8500亿千瓦时，预计2014年底统调装机容量为2.27亿kW 。五省区经济发展和能源资源分布不平衡，经济发展相对落后的云南、贵州、广西三省，煤炭和水能资

源丰富，这样的不平衡决定了南方电网远距离、大规模西电东送的发展趋势。2014年，南方电网形成八交八直的输电网络格局[2]。

随着南方电网的发展，其电网结构日益复杂，主网交直流混合运行通道越来越多。多条直流馈入广东电网，受端直流落点集中，呈现“强直弱交”的特点。南方电网地理跨度大，分片电网发展不均衡，分区间无功电压差异特性大，对交直流混合运行输电且负荷相对集中的南方电网来说，当输电通道潮流较重且出现多重故障时，容易发生电压崩溃。无功电压控制涉及到南方电网的安全经济运行，为加强南方电网的无功平衡和电压控制的管理，本文分析了南方电网的无功电压存在的问题，并提出了相应的措施，用以指导南方电网下一步无

功电压重点工作。

1 无功电压控制策略

传统的电压无功控制一般以控制区域来进行调节[3]，比如九区图控制策略，但由于其控制边界固定所以存在误动作问题，因此又提出了面向五种基本控制行为的五区图控制策略，以使装置动作准确可靠。基于人工智能的电压无功控制策略则包含模糊控制、专家系统控制和神经网络控制等。

随着电网调度自动化、信息化、互动化水平的显著提高，在各调度中心建设自动电压控制系统（Automatic Voltage Control，A VC），实现电压和无功功率的闭环管理已成为共识[4]。A VC是在满足全网安全约束条件下，通过调整电网的无功电源和变压器分接头及投切无功补偿设备，以实现全网网损最小的目标。经过研究发展，A VC已经从原来的厂站端电压无功控制（Voltage Quality Control，VQC）发展到整个电网范围内的自动电压控制。南方电网的无功电压控制模式主要为三级电压控制模式，三级电压控制模式是由法国电力公司提出的，它以中枢节点和控制区域为基础，每个控制区域中至少含有一个中枢节点，任意两个控制区域彼此成电气弱耦合状态。

在三级电压控制模式中，调控中心的AVC主站作为控制的第三级，进行全网统一优化后，将各控制区域的中枢点电压指令下发给第二级电压控制层。第二级电压控制层由各个控制区域组成，每个控制区域内都装设二级电压控制器，二级电压控制器接收A VC主站的指令后，将指令分解并发送至各厂站端的A VC子站执行，目标是跟踪A VC主站下发的中枢节点电压目标值。厂站端的A VC子站是第一级控制的执行者，负责执行二级电压控制器下发的控制命令，自动调节本厂站内的无功设备来跟踪指令。其基本架构如图1所示[4]。

．．．

．．．

区域1 区域2

三级电压控制

二级电压

控制

二级电压

控制

一级电压

控制

一级电压

控制

一级电压

控制

一级电压

控制

图1 三级电压控制模式

表1 各级电压控制的比较

层次作用特点响应时间

一级电压控制发电机励磁系统或其他电压无功自动调

节器的控制

分散的、局部的控制一到几十秒

二级电压控制设定本控制区域内各电压调节器的电压

设定值

本控制区域内的协调控

制

几十秒到几分钟

三级电压控制确定各控制区域内主导节点的电压设定

参考值

整个电网内的协调控制十五分钟到几小时

由图1可知，A VC体系架构被分为一级电压控制（Primary V oltage Control, PVC ）、二级电压控制（Secondary V oltage Control, SVC ）和三级电压控制（Tertiary Voltage Control, TVC）三个层次。显然，每一层都承担着各自的任务，下层接受上层的指令作为本层的控制目标，并向更下一层发出控制目标。各级电压控制的比较见表1[5]。

2 南方电网无功电压问题

（1）部分地区无功支撑有限，无功补偿配置不足。部分地区容性无功补偿配置不足，负荷高峰期部分地区电压偏低，尤其是重负荷地区无功下送大，潮流较重片区无功缺额大，无功功率不能就地平衡。海南电网电容器配置比例为5.3%，低于南方电网35kV～220kV变电站容性无功补偿容量一般按照主变容量的10%～30%配置的标准。海口片区为负荷中心，又缺乏容性无功补偿装置，在高峰负荷时易发生一些重要枢纽变电站电压偏低的情况。而低压电抗器配置普遍不足，负荷低谷时段部分地