基于ETAP軟件分析的小水電上網無功優化方案

陳偉鑫

摘??要：本文通過對惠州地區110kV永漢變電站10kV母線電壓偏差分析，結合該變電站小水電上網情況，基于ETAP電力系統分析軟件，對片區電網進行仿真建模，通過模型的潮流計算，提出解決永漢站10kV母線電壓偏差的具體方案，并驗證其正確性。

關鍵詞：ETAP;小水電;無功優化;電壓偏差

一、永漢站10kV母線電壓偏差分析

110kV永漢站位于惠州市龍門縣永漢鎮，該鎮水資源十分豐富，年均降雨量約2300毫升，地方小水電發展迅猛。每年5月至10月為片區豐水期，降水量充足，片區小水電機組集中高出力發電上網。每年11月至次年4月為片區枯水期，降水量較少，大部分水電機組低出力、甚至零出力發電上網。根據2014-2017年歷史記錄，永漢站10kV母線電壓偏差情況如下表所示（按照南網規定，10kV母線電壓允許偏差范圍為10.0kV-10.7kV之間）：

由上表可知：永漢站10kV母線歷史最大電壓為10.91kV，超過最高允許值0.21kV，出現時間為2015年5月。永漢站10kV母線歷史最小電壓為9.86kV，低于最低允許值0.14kV，出現時間為2017年11月。由此可見，豐水期小水電機組集中高出力發電上網和枯水期大部分水電機組低出力發電上網，是110kV永漢站10kV母線電壓質量偏差超過國標和南網要求的主要因素。

二、ETAP電網仿真建模

1、小水電機組模型

接入永漢站小水電機組單機容量均較小，其發電出力受區域降水量影響較大。豐水期時，大多數機組滿出力運行;枯水期時，大多數機組低出力甚至零出力運行;各個水電站按接入線路分別合并等值為一臺發電機組，發電機運行功率因數根據歷史發電情況按0.90～0.93考慮，各發電機模型出力取值如下表所示：

2、負荷等值模型

永漢站?10kV?純負荷線路為14回，35kV負荷與水電機組合用線路2回，負荷等值模型按各線路豐水期最小負荷和枯水期最大負荷數據分別取值，線路運行功率因數根據歷史用電情況按0.90～0.95考慮，如下表所示：

3、基波潮流模型

潮流計算仿真模擬的公用電網、小水電機組、永漢站負荷出線等值模型，分別依據電網實際數據和豐水期、枯水期發電出力特性和負荷實際大小等逐一構建。仿真計算模型如圖1所示。

基波潮流計算模型主要內容如下：1）系統等值機：1?臺（永漢站由嵐影站側供電，將嵐影站側視為系統等值機）;2）小水電機組：分別按豐水期機組最大出力和枯水期最小出力取值，詳見表3發電機出力取值表;3）負荷：分別按豐水期最小負荷和枯水期最大負荷數據取值，詳細見表4負荷取值表;4）無功補償：永漢站#1、2?主變10kV側各安裝有兩組電容器組，電容器總容量為2×2×5010?kvar;5）線路、電纜等線性元件詳見圖1所示。

4、電能質量考核點

電能質量考核點（PCC）：永漢站?10kV?I、II?段母線和?35kV?I?、II?段母線。

短路容量：按國家電能質量標準相關規定，計算時采用系統小方式對應的最小短路容量。

電能質量考核點最小短路容量：1）220kV?嵐影站?110kV?最小短路容量?1154.4MVA;2）永漢站?10kV?I、II?母最小短路容量?184.376MVA;3）永漢站?35kV?I、II?母最小短路容量?293.89?MVA。

綜上所述，ETAP電網仿真建模如圖1所示：

圖1?永漢站片區電網仿真計算模型圖

三、ETAP電網仿真計算結果

根據以上建模，對永漢站片區電網進行仿真計算，計算結果如下圖表所示：

仿真結算結果表明：設定計算條件小水電機組出力按豐水期最大值、線路負荷按豐水期最小值考慮，永漢站10kV?I、II、III段母線均出現電壓正偏差，10kV電壓正偏差計算結果略大于歷史最大值。按設定計算條件小水電機組出力按枯水期最小值、線路負荷按枯水期最大值考慮，永漢站10kV?I、II、III段母線均出現電壓負偏差，?10kV電壓負偏差計算結果略低于歷史最小值。仿真計算結果具有指導性意義。

四、無功優化方案

近期在永漢站?10kV?II?段母線安裝一臺10Mvar感性無功補償裝置，遠期在10kV?I?段母線安裝一臺10Mvar感性無功補償設備，仿真計算結果分別如下圖表所示：

仿真計算結果表明：采用在10kV?II母加裝一臺10Mvar容量的感性補償裝置，能將永漢站10kV?II母線電壓降至10.66kV，與不加感性無功補償設備相比，治理效果明顯;遠期在10kV?I、II段母線各加裝一臺10Mvar容量的感性補償裝置，能將永漢站10kV?I、II母線電壓分別降至10.596kV、10.628kV，治理效果顯著。

五、結語

本文通過對惠州地區110kV永漢變電站小水電上網情況分析，建立ETAP電網模型，根據仿真計算結果，首先驗證了電網仿真建模的正確性。在此基礎上，提出了較為合理的片區無功優化建設方案，并驗證其正確性。研究方法具有可重復操作性。

參考文獻

[1]高歌，劉毅力，馬龍濤，黃永健.ETAP在110kV終端變電站無功補償配置上的應用[J].國外電子測量技術，2019（10）?.

[2]李毅強.變電站諧波分析與治理方法研究[D].華南理工大學，2016.