新型配電網(wǎng)三級電壓無功控制

新型配電網(wǎng)三級電壓無功控制新型配電網(wǎng)三級電壓無功控制一、配電網(wǎng)高、中、低壓劃分及電壓無功規(guī)定二、中、低壓電壓無功越限的原因三、低壓供電電壓越限分析及控制方案四、10kV供電電壓越限分析及控制方案五、中、低壓電壓均越限分析及控制方案六、關(guān)鍵設(shè)備一、配電網(wǎng)高、中、低壓劃分及電壓、無功規(guī)定高壓配電網(wǎng)：110kV、35kV。中壓配電網(wǎng)：10(20)kV。低壓配電網(wǎng)：380V、220V。3510kV：用戶-7%～+7%，母線0～+7%。380V：用戶-7%～+7%。220V：用戶-10%～+7%。高壓配電網(wǎng)中壓配電網(wǎng)高壓配電網(wǎng)中壓配電網(wǎng)110(35)kV400V線路400V線路10kV線路10kV400V線路400V線路10kV線路10kV線路10kV線路35kV用戶110kV線路110kV110kV線路110kV線路110kV220110kV400V線路35kV10kV低壓補(bǔ)償10kV精細(xì)補(bǔ)償精細(xì)補(bǔ)償無功平衡無功平衡無功平衡無功平衡無功平衡無功平衡電壓偏差：-3%～+7%無功平衡無功平衡二、中、低壓配電網(wǎng)電壓、無功越限原因★每一臺(tái)變壓器、每一段線路、各環(huán)節(jié)，都等效為電阻和電感串聯(lián)（見圖2）?！镓?fù)荷變化時(shí)，各環(huán)節(jié)的壓降隨之變化，如果沒有根據(jù)負(fù)荷變化的調(diào)控措施，末端電壓越限，在所難免。4—?UX110110kV線路4—?UT110——110kV主變4—?UX1010kV線路4—?UT1010kV配電變壓器4—?4—?UX110110kV線路4—?UT110——110kV主變4—?UX1010kV線路4—?UT1010kV配電變壓器4—?UX220220V線路4—?UT220220kV主變原因分析示意圖~~晝夜峰谷比現(xiàn)實(shí)無功情況：變電站電容器分組“少而大”，分組“少”單組容量“大”，投過補(bǔ)、不投欠補(bǔ)；中壓線路和配電變壓器的無功功率沒有無功補(bǔ)現(xiàn)實(shí)無功情況：變電站電容器分組“少而大”，分組“少”單組容量“大”，投過補(bǔ)、不投欠補(bǔ)；中壓線路和配電變壓器的無功功率沒有無功補(bǔ)償，無功不平衡嚴(yán)重；配電變壓器臺(tái)區(qū)低壓無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行不可靠。整個(gè)配電網(wǎng)無功不平衡問題嚴(yán)重。晝夜峰谷比晝夜峰谷比現(xiàn)實(shí)電壓情況：僅主變壓器有有載調(diào)壓，且不能根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)檔；既是調(diào)檔兼顧長線路時(shí)短線路電壓越上限；兼顧短線路時(shí)長線路電壓越下限。負(fù)荷峰時(shí)調(diào)檔，谷時(shí)電壓越上限，谷時(shí)調(diào)檔，峰時(shí)電壓越下限。末端電壓越限，時(shí)常發(fā)生。二、中、低壓配電網(wǎng)電壓、無功越限原因無功功率和壓降計(jì)算1、變壓器無功功率和壓降計(jì)算①變壓器無功功率：QT≈SN?UK%?aSN：變壓器額定容量UK%：短路阻抗(110kV主變10-19%)a：負(fù)載率②變壓器壓降：35kVI精細(xì)補(bǔ)償35kVI精細(xì)補(bǔ)償U(kuò)I：變壓器輸入電壓UK%：短路阻抗a：負(fù)載率（例如：40MVA，110kV主變，滿負(fù)荷時(shí)無功功率可達(dá)4-8Mvar，壓降達(dá)11-22kV）。2、線路無功功率和壓降計(jì)算①線路無功功率：QX=3?I2?XI：線路相電流X：線路單線感抗a：負(fù)載率②線路壓降：?UX=I?ZI：線路相電流Z：線路阻抗（Z=R2+X2）a：負(fù)載率（例如：5km10kV線路，500A電流時(shí)無功達(dá)500kvar，壓降達(dá)1.2kV）。UM1010kV線路壓降UX10配變壓降UM220400線路壓降UX220國-----------?UX10-----------??UX10=I?XX10國----------------?UX220----------------??UX220=I?XXL國-----------?UX10-----------??UX10=I?XX10國----------------?UX220----------------??UX220=I?XXL用戶400V線路10kV線路10kV400V低壓110kV10kV110kV10kV400V線路 10kV線路10kV線路400V線路400V線路 10kV線路10kV線路400V線路110110kV變壓器的無功功率：ST110：主變額定容量400V線路的無功功率：XXL：線路感抗10kV線路的無功功率：XX10：線路感抗10kV配電變壓器無功功率：ST10：配變額定容量用電器的無功功率：SY：用電器的額定舉例說明無功和壓降大小舉例1：舉例說明無功和壓降大小舉例1：★主變兩臺(tái)，容量2X20MVA★10kV出線有8條，總長度227.12km★配電變壓器601臺(tái)，總?cè)萘?24.5MVA假設(shè)全部配電變壓器容量相等、分布均勻，負(fù)載率均為30%。則各條10kV線路上的無功功率采用下列公式計(jì)算：Q10=QT10+QX10QT10=ST10x(4～5.5)%QX10=3.I2XX10各10kV線路上的無功功率如圖所示：損耗計(jì)算（僅10kV線路和配電變壓器）：算法1,每天按照6小時(shí)計(jì)算：一年的無功電量為8561kvarx6小時(shí)x365天=18748590kvarh根據(jù)國標(biāo)GB/T36571-2018《并聯(lián)無功補(bǔ)償節(jié)約電力電量測量和驗(yàn)證技術(shù)規(guī)范》一年損耗有功電量為18748590kvarhx0.08=150萬度算法2，每天按照12小時(shí)計(jì)算：┅┅菏澤曹縣35kV馬寨變電站10kV層級的無功功率（按照配變負(fù)載率30%計(jì)算）48.65km47臺(tái)48臺(tái)線路配變線路無功無功總無功二、中、低壓配電網(wǎng)電壓、無功越限原因舉例說明無功和壓降大小舉例2：有功功率：9434kW無功損耗計(jì)算：無功損耗計(jì)算：算法1,每天按照6小時(shí)計(jì)算：一年的無功電量為7434kvarx6小時(shí)x365天=16280460kvarh根據(jù)國標(biāo)GB/T36571-2018《并聯(lián)無功補(bǔ)償節(jié)約電力電量測量和驗(yàn)證技術(shù)規(guī)范》一年損耗有功電量為16280460kvarhx0.08=130萬度算法2：每天按照12小時(shí)計(jì)算：┅┅二、中、低壓配電網(wǎng)電壓、無功越限原因舉例說明無功和壓降大小舉例3：國網(wǎng)冀北廊坊霸州沙城站10kV砂石線，干線總長度13km，導(dǎo)線JKLYJ-10/240，配電變壓器數(shù)量153臺(tái)，總?cè)萘?0185KVA；2024年：最大有功6.90MW，最小有功1.09MW；最大無功4.15Mvar，最小無功-0.23Mvar；10kV母線電壓最大10.73kV，最小10.39kV；10kV末端電壓最大10.7kV，最小8.6kV；2024年9月5日04:30若干個(gè)臺(tái)區(qū)配變出口電壓251.3V，末端用戶電壓245.8V，當(dāng)日15:30配變出口電壓197.7V，末端用戶電壓177.8V，典型雙越限。因線路壓降?UX10=10.39-8.6=1.79kV＞(-7%+7%)，需要在線路中部加裝無功補(bǔ)償裝置和調(diào)壓器，才能使10kV供電電壓合格。無功損耗計(jì)算：無功損耗計(jì)算：算法1,每天按照6小時(shí)計(jì)算：一年需要的無功電量為4150kvarx6小時(shí)x365天=9088500kvarh根據(jù)國標(biāo)GB/T36571-2018《并聯(lián)無功補(bǔ)償節(jié)約電力電量測量和驗(yàn)證技術(shù)規(guī)范》一年損耗有功電量為9088500kvarhx0.08=72.7萬度算法2：每天按照12小時(shí)計(jì)算：┅┅UM10---------------------------------------------------b10kV10kV線路精細(xì)補(bǔ)償10精細(xì)補(bǔ)償10kV線路二、中、低壓配電網(wǎng)電壓越限原因由于新能源的“波動(dòng)性、間歇性”使配電網(wǎng)傳輸電流變化幅度增大，造成末端電壓波動(dòng)增大。①當(dāng)新能源就地消納時(shí)，新能源減小了電網(wǎng)的輸送電流，減小了電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的壓降，使末端電壓升高；新能源不發(fā)電時(shí)，末端電壓依然降低，波動(dòng)幅②當(dāng)新能源反送時(shí)，新能源發(fā)電功率大于負(fù)荷功率(不能就地消納)，出現(xiàn)電能向電網(wǎng)反送，流經(jīng)各環(huán)節(jié)的壓降方向倒置，使末端電壓升的更高；新能源不發(fā)電時(shí)，末端電壓依然降低。分布式新能源接入，使配電網(wǎng)潮流波動(dòng)加劇，在原有配電網(wǎng)條件下，造成末端電壓大幅度越限。光伏E2 儲(chǔ)能光伏E2 儲(chǔ)能光伏E1測控點(diǎn)光伏E1測控點(diǎn)2光伏E1控控點(diǎn)1三、低壓電壓越限分析及控制方案場景1：低壓線路壓降?UX220不大于-10%+7%▲10kV線路不大于15km，供電電壓合格(-7%+7%)；▲低壓線路不超過500m壓降ΔUX220不大于(-10%+7%)；▲沒有分布式新能源接入。用戶電壓仍然出現(xiàn)不合格，越下限或越上限。配電變壓器為無勵(lì)磁調(diào)壓，檔位在主分接檔位，變比為10/0.4，10kV母線電壓為10.2kV輕空載時(shí)變壓器輸出電壓UM220=10.2/(10/0.4)/√3=235.6V，因輕空載線路的壓降?UX220視為零，用戶電壓UX220=UM220=235.6V。如圖a紫色曲線。輕空載時(shí)，10kV母線電壓大于10.2kV臺(tái)區(qū)低壓用戶電壓可能均越上限。這是無勵(lì)磁調(diào)壓配電變壓器臺(tái)區(qū)供電存在無勵(lì)磁調(diào)壓配電變壓器存在的問題：無勵(lì)磁調(diào)壓配電變壓器存在的問題：負(fù)荷谷時(shí)調(diào)檔，至用戶電壓合格，峰時(shí)越下限；負(fù)荷峰時(shí)調(diào)檔，至用戶電壓合格，谷時(shí)越上限。措施1、主變有載調(diào)壓根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)壓動(dòng)作：輕載時(shí)，10kV母線電壓調(diào)至10～10.2kV；中載時(shí)，調(diào)至10.2～10.5kV；重載時(shí)，調(diào)至10.5～10.7kV。主變有載調(diào)壓根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行，能夠顯著提高全口徑電壓合格率(保守估算由50%-60%可提高20-30個(gè)百分點(diǎn))。措施2、采用有載調(diào)壓配電變壓器：采用配電變壓器有載調(diào)壓，調(diào)壓上限整定值設(shè)定為235.4V，變壓器輸出電壓被限制在235.4V以下，電壓越上限問題迎刃而解。國------?UT10國---------------------------------------------?國------?UT10國---------------------------------------------VQC控制器VQC控制器低壓線路低壓線路低壓線路低壓線路低壓線路UM220：配變輸出電壓?UX220：低壓線路壓降電壓合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)電壓合格下限UXX：198.0V(-10%)——輕載電壓越上限線路長度L三、低壓電壓越限分析及控制方案場景2：低壓線路壓降?UX220大于（-10%+7%）235.4V合格電壓段235.4V合格電壓段198V不合格電壓段?-------------------------------37.4V-------------------------------??-------------------------------37.4V-------------------------------?l--------？國------?UT10?UX220國----------------------------------------------------------------------------------------會(huì)▲低壓線路壓降?UX國------?UT10?UX220國----------------------------------------------------------------------------------------會(huì)▲沒有分布式新能源接入。VQC控制器低壓線路用戶電壓出現(xiàn)末端越下限、或始端越上限、或首末兩端都越限。VQC控制器低壓線路UM220：配變輸出電壓?UX220：低壓線路壓降低壓線路低壓線路低壓線路壓降?UX220大于-10%+7%，即?UX220大于220Vx17%=37.4V，采用場景1的控制措施都不能實(shí)現(xiàn)電壓全合格。調(diào)整配電變壓器調(diào)壓檔位，使末端電壓不越下限，則始端就會(huì)越上限，如圖b紫色曲線；若使始端不越上限，則末端就會(huì)越下限，如圖b紅色曲線；或兩端都越限，如圖b黃色曲線。低壓線路低壓線路始端電壓UM電壓合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)電壓合格下限UXX：198.0V(-10%)末端電壓UX220——始端越上限，——末端越下限，——上下都越限線路長度L三、低壓電壓越限分析及控制方案場景2：低壓線路壓降?UX220大于（-10%+7%）采用有載調(diào)壓配電變壓器的同時(shí)，再在低壓線路上加裝調(diào)壓器，如圖7所示。以調(diào)壓器為分界點(diǎn)，前段用戶電壓由有載調(diào)壓配電變壓器調(diào)整合格；后段的用戶電壓由低壓線路調(diào)壓器調(diào)整合格，如圖c所示紅色電壓曲線。國------?UT10國------------------------------------會(huì)l-----------------?UM國------?UT10國------------------------------------會(huì)CVQC控制器CVQC控制器低壓線路低壓線路低壓線路低壓線路UM220：配變輸出電壓?UX220：低壓線路壓降始端電壓UM電壓合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)電壓合格下限UXX：198.0V(-10%)末端電壓UX220——電壓曲線線路長度L三、低壓電壓越限分析及控制方案場景3、有分布式新能源發(fā)電接入低壓線路?UX220不大于-10%+7%▲10kV供電電壓合格（-7%+7%）?！蛪壕€路壓降?UX220不大于-10%+7%。▲有分布式新能源接入。新能源發(fā)電時(shí)用戶電壓越上限，不發(fā)電且負(fù)荷重載時(shí)越影響電壓的因素：①新能源發(fā)電的“間歇性”時(shí)有時(shí)無；②新能源發(fā)電的“隨機(jī)性”時(shí)大時(shí)??；③用電負(fù)荷時(shí)輕時(shí)重負(fù)荷是變化的。造成臺(tái)區(qū)供電電壓有時(shí)嚴(yán)重越上限，有時(shí)越 采用配電變壓器有載調(diào)壓（最好采用配變VQC）如圖8、①重載時(shí)，VQC控制使配電變壓器輸出電壓UM220趨近電壓合格上限235.4V，使末端電壓UX220不低于198V，如圖d中紅色曲線；②輕載時(shí)，VQC控制使配電變壓器輸出電壓UM220趨近于額定電壓220V，使整個(gè)臺(tái)區(qū)電壓趨近于額定電壓220V，如圖d中紫色曲線；③反送時(shí)，VQC控制使配電變壓器輸出電壓UM220趨近電壓合格下限198V，使末端電壓UX220不大于電壓合格上限235.4V，如圖d中黃色曲線。只要臺(tái)區(qū)不重過載(正向或反向)，均可將臺(tái)區(qū)內(nèi)低壓供電電壓穩(wěn)定在235.4V-198V（+7%–10%）合格范圍內(nèi)。?UX220---------------------------------------------??UX220---------------------------------------------?國---------------------------------------------VQC控制器低壓線路UM220：配變輸出電壓UM220：配變輸出電壓低壓線路低壓線路合格上限USX：合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)合格下限UXX：198.0V(-10%)——重載時(shí)——輕載時(shí)——反送時(shí)低壓線路長度L三、低壓電壓越限分析及控制方案場景4、有分布式新能源發(fā)電接入低壓線路?UX220大于-10%+7%▲10kV供電電壓合格（-7%+7%）?！蛪壕€路壓降?UX220大于-10%+7%。▲有分布式新能源接入，且反送重過載。用戶電壓嚴(yán)重越上限，不發(fā)電且負(fù)荷重載時(shí)越下限。因反向重過載，造成低壓線路反向壓降較大，造成臺(tái)區(qū)末端嚴(yán)重高電壓。采取場景3控制措施的同時(shí)，再在低壓線路上加裝調(diào)壓器，如圖9所示。以調(diào)壓器為分界點(diǎn)，前段用戶電壓由有載調(diào)壓配電變壓器調(diào)整合格；后段的用戶電壓由低壓線路調(diào)壓器調(diào)整合格，如圖e所示。國------?UT10l----------------------------------?VQC控制器低壓線路低壓線路低壓線路國------?UT10l----------------------------------?VQC控制器低壓線路低壓線路低壓線路國------------------?UX220------------------會(huì)CCUM220：配變輸出電壓始端電壓UM電壓合格上限USX：235.4V(+7%)額定電壓Ued：220.0V(0)電壓合格下限UXX：198.0V(-10%)末端電壓UX220——電壓曲線線路長度L四、10kV電壓越限分析及控制方案10kV線路壓降?UX10不大于10kVx14%=1400V，可能出現(xiàn)線路末端電壓越下限或始端越上限。再者，因分布式新能源的接入，光伏發(fā)電的間歇性，使10kV線路電壓和光伏接入點(diǎn)電壓波動(dòng)幅度加大，電能反送時(shí)光伏接入點(diǎn)反向壓降不大于+7%-7%范圍值。措施1、主變有載調(diào)壓根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)加裝10kV線路無功補(bǔ)償使其無功平衡。首先加裝10kV線路無功補(bǔ)償，而且要根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，減小或消除無功流動(dòng)，使10kV線路時(shí)時(shí)處處無功平衡，減小壓降；然后主變有載調(diào)壓根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)檔，使主變輸出電壓目標(biāo)值為10kV+7%，實(shí)現(xiàn)整條10kV線路供電電壓不越限。措施2、采用有載調(diào)壓配電變壓器，同時(shí)加裝10kV線路無功補(bǔ)償使其無功平衡。首先加裝10kV線路無功補(bǔ)償，使10kV線路無功處處平衡，減小或消除無功流動(dòng)，減小壓降，減小損耗；在10kV線路始、末兩端采用有載調(diào)壓配電變壓器(有載調(diào)壓變壓器占比約為各占10kV線路上變壓器總數(shù)的5%-10%)，即實(shí)現(xiàn)整條10kV線路供電電壓合格。UM104------------------------------------------------?UX10------------------------------------------------? tPPPtPPPtPtPPP10kV線路PtPPP10kV線路PPPPtPPP10kV線路大于（+7%-7%）大于（+7%-7%）10kV線路壓降?UX10大于10kVx14%=1400V時(shí)，必然造成線路末端電壓越下限，或始端越上限，或始、末兩端再者，因分布式光伏的接入，光伏發(fā)電的間歇性，使10kV線路電壓和光伏接入點(diǎn)電壓波動(dòng)幅度加大，電能倒送時(shí)光伏接入點(diǎn)反向壓降大于+7%-7%偏差范圍值。首先采用場景3的控制措施，若達(dá)不到理想要求，再在線路中加裝調(diào)壓器，或采用（寬幅）有載調(diào)壓配電變壓器。措施1、采用(寬幅)有載調(diào)壓配電變壓器在10kV線路始端和末端的配電變壓器采用（寬幅）有載調(diào)壓配電變壓器(不顧及10kV線路的用戶供電電壓，只求低壓用戶供電電壓合格)。利用配電變壓器有載調(diào)壓保證低壓供電合格。措施2、加裝線路調(diào)壓器在10kV線路中加裝調(diào)壓器，與主變有載調(diào)壓協(xié)同控制，調(diào)壓器前段由主變控制完成，調(diào)壓器后段由調(diào)壓器控制完成，使整條10kV線路電壓穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)。UM10---------------------------------------------------? 10kV線路-血-10kV線路-血-10kV線路精細(xì)補(bǔ)償10kV線路UM10精細(xì)補(bǔ)償10kV線路---------------------------------------------------b自令增 10kV線路自令增10kV線路五、中、低壓電壓均越限分析及控制方案中壓線路、低壓線路壓降都不超限，但是可能出現(xiàn)中、低供電電壓均越限。10kV線路部分供電電壓越限，低壓線路部分供電電壓越限。同時(shí)采用場景1和場景3，兩種控制措施。主變壓器、配電變壓器兩級變壓器都要采用有載調(diào)壓，而且配電變壓器有載調(diào)壓必須根據(jù)負(fù)荷變化(或電壓變化)進(jìn)行調(diào)檔；主變、10kV線路、配變，負(fù)載（即：站、線、變、戶），形成“四級補(bǔ)償兩級調(diào)壓”，控制順序應(yīng)“先補(bǔ)償后調(diào)壓”，無功補(bǔ)償時(shí)末端優(yōu)先，自上而下無功平衡；調(diào)壓時(shí)源端優(yōu)先，自上而下調(diào)壓。上下協(xié)同進(jìn)行電壓無功優(yōu)化控制，使供電區(qū)域內(nèi)電壓合格、損耗最小。10kV400V110kV10kV35kV精細(xì)補(bǔ)償用戶低壓線路VQC低壓10kV400V110kV10kV35kV精細(xì)補(bǔ)償用戶低壓線路VQC低壓110110kV10kV35kV精細(xì)補(bǔ)償五、中、低壓電壓均越限分析及控制方案中壓線路、低壓線路長度都較長，壓降都超限，造成10kV線路部分供電電壓越限，低壓線路電壓越限嚴(yán)重。除了采用場景7的控制措施以外，還要在10kV線路和低壓線路上，均加裝調(diào)壓器。形成“站、線、變、戶”四級補(bǔ)償兩級調(diào)壓，上下協(xié)同控制，使供電區(qū)域內(nèi)電壓合格、能效最優(yōu)。站站10kV400V低壓用戶VQC1010kV400V低壓用戶VQC10kV線路VQC低壓線路VQC六、關(guān)鍵設(shè)備1、變電站10kV緊湊型無功精細(xì)補(bǔ)償裝置（多分組電容器無功補(bǔ)償裝置）典型變電站24小時(shí)負(fù)荷曲線負(fù)荷是變化的，220kV-35kV變電站的負(fù)荷變化，晝夜24小時(shí)峰谷比通常為2至6倍。理想24小時(shí)補(bǔ)償曲線理想24小時(shí)補(bǔ)償曲線無功補(bǔ)償需要跟蹤負(fù)荷的變化進(jìn)行補(bǔ)償，要把電容器多分組,根據(jù)負(fù)荷變化無功需求投切電容器組數(shù)，無論負(fù)荷怎么變化無功保持平衡。多分組電容器裝置主接線圖多分組電容器裝置，將各組電容器連接在一條母線上，構(gòu)成裝置內(nèi)部母線。六、關(guān)鍵設(shè)備1、變電站10kV緊湊型無功精細(xì)補(bǔ)償裝置（多分組電容器無功補(bǔ)償裝置）①占地空