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摘要：海南電網(wǎng)系統(tǒng)的運行背景較復(fù)雜，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較薄弱，電網(wǎng)電壓控制手段較單一，電網(wǎng)電壓的運行質(zhì)量無法滿足海南發(fā)展需要，因此迫切需要對海南電網(wǎng)的電壓運行現(xiàn)狀、控制難點和解決措施進行分析，并制定出適用于海南電網(wǎng)復(fù)雜形勢下的電壓分層協(xié)調(diào)控制策略，增強電網(wǎng)無功電壓控制能力，提高電壓的運行質(zhì)量，解決海南電網(wǎng)長期存在的電壓控制方式不足的技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞：海南電網(wǎng)；分層；協(xié)調(diào)控制；母線電壓

0引言

海南電網(wǎng)是典型的海島型電網(wǎng)，主網(wǎng)架由220kV變電站和雙環(huán)網(wǎng)線路組成。海南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較薄弱，僅通過1回500kV海底電纜線路與南方電網(wǎng)的主網(wǎng)系統(tǒng)連接，存在孤網(wǎng)運行和大面積停電的風(fēng)險；發(fā)電能源組成類型較復(fù)雜，火電、核電約占總裝機容量的60％，其它40％為水電、風(fēng)電、光伏、氣電和抽水蓄能等清潔能源。由于大規(guī)模、多類型、小機組的清潔能源接入海南電網(wǎng)，增加了海南電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和電壓等協(xié)調(diào)控制的難度，同時隨著海南社會經(jīng)濟的發(fā)展，對供電可靠性和電能質(zhì)量要求越來越高，因此迫切需要增強無功電壓控制能力，提高無功電壓的運行質(zhì)量，解決海南電網(wǎng)長期以來存在的電網(wǎng)電壓控制不穩(wěn)定的難題。

1海南電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制研究背景

1．1電源側(cè)無功支持能力有限

受海南島嶼地形的影響，海南電網(wǎng)存在電源分布不合理和分散的情況。海南電網(wǎng)核心電源（火電和核電）主要集中在海南北部和西部地區(qū)，清潔能源（風(fēng)電、水電和光伏）則分布在海南中部和東部地區(qū)，但負荷中心則主要集中在海南南部的三亞和海口地區(qū)。由于負荷中心電壓波動范圍較大，主要電源點又遠離負荷中心，負荷中心近端多為新能源電廠、小型發(fā)電廠，因此無功調(diào)節(jié)能力有限，無力補償系統(tǒng)電壓，無法支撐負荷中心的用電需求。

1．2電網(wǎng)電壓控制手段不足

雖然海南電網(wǎng)220kV雙環(huán)主干網(wǎng)架的投運及海南電網(wǎng)與南方主網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)有效提高了海南電網(wǎng)系統(tǒng)的運行可靠性，但電壓控制方面仍受網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的約束。110kV線路仍存在單環(huán)運行、斷面、主變重載率較高、線路過載時段較長、無功補償裝置配備不足等問題，無法為區(qū)域電網(wǎng)提供無功電壓補償。同時在配網(wǎng)側(cè)網(wǎng)架薄弱情況下，輻射線路、單回線路較多，配電線路末端的電壓問題極為明顯。總而言之，海南電網(wǎng)主網(wǎng)、地區(qū)電網(wǎng)和配網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)仍需進一步完善，無功補償設(shè)備和電壓調(diào)節(jié)裝置需合理配置。

1．3新能源無功調(diào)控水平有待提高

海南電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)滯后于電源側(cè)的發(fā)展，尤其是以光伏為主的新能源裝機容量急速增大，使得原有的變電站和線路的輸送能力嚴(yán)重不足，無法保證光伏等新能源電力的外送和就地消納。海南電網(wǎng)調(diào)度主站缺少對新能源場站的調(diào)控能力，無法實時調(diào)控新能源電場的出力和調(diào)節(jié)無功容量。同時，新能源具有波動性、間歇性及不能預(yù)測性的缺點，大規(guī)模新能源短時間內(nèi)并入電網(wǎng)和階段性的無序脫網(wǎng)，都會對海南電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓、頻率造成巨大沖擊。顯然，如何提高新能源的無功控制調(diào)節(jié)水平，已成為海南電網(wǎng)急需解決的技術(shù)難題。

1．4無功電壓調(diào)節(jié)方式有待改進

海南電網(wǎng)無功電壓調(diào)節(jié)能力有限，主要依靠220kV電壓等級以上變電站和常規(guī)發(fā)電廠實現(xiàn)無功電壓的調(diào)控，無法保證海南電網(wǎng)孤網(wǎng)和局部電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定運行要求。另外，海南電網(wǎng)各地調(diào)平臺未完全參與電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制，主要依靠省調(diào)有限的控制能力是無法滿足新形勢下海南電網(wǎng)電壓的控制需求。為此，有必要對無功電壓調(diào)節(jié)方式進行改進，增加電網(wǎng)電壓分層分級協(xié)調(diào)控制手段。

2多能源分層分級電壓協(xié)同控制模型及控制方法

基于海南電網(wǎng)系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀和電壓控制方面的不足，結(jié)合海南電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃、電源側(cè)的發(fā)展需要及海南省的社會經(jīng)濟發(fā)展需求，本文提出了基于海南復(fù)雜電網(wǎng)背景的多能源分層分級協(xié)同電壓控制方法。

2．1大規(guī)模小水電集群電壓協(xié)調(diào)控制方法

海南地區(qū)小水電整體呈區(qū)域型、散點式分布和小裝機的特點，在海南中部區(qū)域又相對集中。汛期小水電集體滿負荷發(fā)電，造成中部地區(qū)電壓居高不下。若地區(qū)電網(wǎng)電壓、頻率等控制不當(dāng)，則會導(dǎo)致整個地區(qū)小水電機組發(fā)生頻率保護或過壓保護等，造成集體脫網(wǎng)，嚴(yán)重破壞區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對海南小水電的發(fā)電特點和運行現(xiàn)狀，本文提出大規(guī)模小水電集群協(xié)調(diào)控制的方法。首先，將海南中部地區(qū)電網(wǎng)視為一個獨立小網(wǎng)，并將該區(qū)域內(nèi)的變電站劃分為若干單元。其次，對每個單元范圍內(nèi)的小水電進行集群劃分，將小水電分為若干機組群。再次，將每個單元的變電站母線電壓換算成無功數(shù)值，并按照一定的分配策略將無功總量平均分配給每個機組群。各機組群根據(jù)無功指令進行無功控制，保證機組群組內(nèi)的無功平衡，從而維持變電站單元的母線電壓穩(wěn)定。另外，區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)只需對各變電站單元的母線電壓進行實時跟蹤和控制，就能實現(xiàn)整個區(qū)域電網(wǎng)的無功總量平衡和系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。小水電機組集群電壓協(xié)調(diào)控制方法最大的優(yōu)點是將原有單一小容量的機組進行集群，間接擴大無功調(diào)節(jié)廣度和深度。從機組群到變電站單元，再從變電站單元上升到區(qū)域電網(wǎng)，從小到大、從低到高的分層分步實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定控制，從而提高區(qū)域電網(wǎng)的電壓控制質(zhì)量，提升區(qū)域電網(wǎng)的系統(tǒng)防御性。

2．2多能源電壓協(xié)調(diào)控制方法

首先，挖掘風(fēng)、光等新能源電站的無功可調(diào)容量和調(diào)節(jié)深度，從理論上使新能源電站具備類似于水電、火電、核電等常規(guī)能源的電壓調(diào)節(jié)能力，能參與電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓控制。基于新能源場站現(xiàn)有的主變、風(fēng)機、光伏逆變器和SVG等無功輸出設(shè)備，以升壓站母線電壓為基準(zhǔn)，利用新能源場站的AVC系統(tǒng)自動控制站內(nèi)無功設(shè)備，維持升壓站母線電壓的穩(wěn)定，從而使新能源場站能實際參與電網(wǎng)電壓的控制。其次，將海南電網(wǎng)現(xiàn)有的火電、核電常規(guī)能源和風(fēng)、光等新能源全部接入省調(diào)AVC系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)常規(guī)能源與新能源電站的信息交互，為常規(guī)能源與新能源的協(xié)調(diào)控制創(chuàng)造條件。利用AVC調(diào)度主站的控制模塊全面分析電源側(cè)無功可調(diào)容量，計算電網(wǎng)的無功缺值，為常規(guī)能源與新能源的協(xié)調(diào)電壓控制提供理論依據(jù)。再次，針對新能源電站的波動性、間隙性特點，通過AVC主站實現(xiàn)常規(guī)能源與新能源的雙向互動。白天充分利用新能源的無功輸出并適當(dāng)減少火電機組的無功輸出量；夜晚當(dāng)新能源無功輸出減少時則增加火電機組的無功出力。最后，在調(diào)度主站中增加多能源協(xié)調(diào)控制程序和功能模塊，通過加強各能源之間的信息互動，合理分配不同能源的無功指令，實現(xiàn)電源側(cè)無功電壓的自律控制，抑制新能源電站對電網(wǎng)電壓的波動，減少場站側(cè)主變、無功裝置的投切次數(shù)。

2．3全局無功統(tǒng)調(diào)控制方法

全局無功統(tǒng)調(diào)控制方法是以變電站母線電壓的穩(wěn)定運行為控制目標(biāo)，在滿足送出線路安全性和斷面允許的條件下，實時滾動給出各變電站母線的電壓調(diào)節(jié)目標(biāo)值。全網(wǎng)無功統(tǒng)調(diào)控制方法主要有兩種實現(xiàn)方式：第一種是傳統(tǒng)的省、地電壓協(xié)同控制；第二種是常規(guī)能源與新能源電場的電壓協(xié)調(diào)控制。第一種方式是以海南電網(wǎng)的調(diào)度管理模式和電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將海南電網(wǎng)分為省、地、廠三層調(diào)度模式和220、110、35kV三級電壓控制方式，按照“先大網(wǎng)后小網(wǎng)”的原則，首先保證主干網(wǎng)架的變電站母線電壓的穩(wěn)定，再實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制，從而保障海南整個電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、可靠運行。第二種方式是以水電、風(fēng)電、光伏、火電及核電等多能源為協(xié)調(diào)控制對象，基于新能源場站現(xiàn)有的主變、風(fēng)電機組、光伏逆變器和SVG等無功設(shè)備，以升壓站母線電壓允許值為基準(zhǔn)，利用新能源場站的AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制站內(nèi)無功設(shè)備，維持升壓站母線電壓的穩(wěn)定，并通過調(diào)度主站實現(xiàn)新能源場站與常規(guī)電廠的同步電壓協(xié)調(diào)控制，共同完成電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的維穩(wěn)控制。

2．4區(qū)域協(xié)調(diào)控制方法

基于海南電網(wǎng)的系統(tǒng)模型和運行特點，將整個電網(wǎng)系統(tǒng)分解成若干控制區(qū)域。每個分區(qū)首先自行維持無功的平衡，當(dāng)某一區(qū)域無功過剩或不足時，與其相鄰的區(qū)域能自動對其進行無功補償。這種分區(qū)控制的思路符合海南電網(wǎng)無功分層分區(qū)控制的原則，同一個區(qū)域內(nèi)的設(shè)備在無功電壓控制特性上具有強耦合性，區(qū)域間的設(shè)備則具備松耦合性。海南電網(wǎng)是特殊的海島型電網(wǎng)，主要采用220kV電網(wǎng)解環(huán)運行和110kV、35kV電網(wǎng)輻射運行的方式。在滿足電壓質(zhì)量和安全要求的前提下，AVC主站系統(tǒng)先選出最關(guān)鍵的變電站，再根據(jù)變電站母線電壓偏差和發(fā)電機無功出力裕度，自動調(diào)整區(qū)域內(nèi)各發(fā)電機勵磁系統(tǒng)或母線電壓的設(shè)定值，使變電站母線電壓維持在電壓運行范圍，進而保證整個區(qū)域電網(wǎng)的電壓水平。

3結(jié)語

電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定運行是保障海南社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的前提。本文針對海南電網(wǎng)復(fù)雜的運行背景和長期存在的電壓控制難題，提出了多能源分層分級電壓協(xié)同控制方法，以提高海南電網(wǎng)電壓的運行質(zhì)量和控制能力。希望通過本文的介紹，能為其它電網(wǎng)解決類似的電壓控制問題提供技術(shù)參考。

參考文獻

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作者:何勇琪 吳明軒 莫若慧 吳鋒 謝磊 單位:海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司