浅谈海南电网无功优化

浅谈海南电网无功优化

作者：吕懿

来源：《沿海企业与科技》2010年第08期

[摘要]文章对海南电网大小运行方式下的电压无功控制方案进行优化计算,通过采取调整发电机端电压、有载调压变压器分接头和无功补偿量等控制变量来改善电压质量并降低系统网损。

[关键词]海南电网;无功优化;节能

[作者简介]吕懿,海南电力设计研究院助理工程师,研究方向:电网规划,海南海口,570203

[中图分类号] TM76 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2010)08-0142-0002

一、引言

电力系统无功容量是否充足、无功潮流分布是否合理,将直接关系到电力系统电压质量以及运行的经济型和稳定性。本文结合海南电网大小方式下实际负荷状况,以降损为目标进行电压无功优化计算,得出优化的运行方式。

二、无功优化的数学模型

无功优化通常是采取调整发电机端电压,有载调压变压器分接头和无功补偿量等控制变量来改善电压质量和降低系统网损。无功优化在数学上是带约束的非线性优化问题,包括变量集合、约束条件和目标函数。变量主要包括控制变量和状态变量。控制变量包括发电机有功出力、发电机无功出力或机端电压、变压器和移相器的抽头、无功补偿等;状态变量包括节点电压和支路功率等,具体公式如下。

(一)目标函数:有功网损最小

Gkij功为第k条支路(连接节点i和节点j)的电导,Vi、Vj第i、j个节点的电压幅值。

(二)无功优化的约束条件

1.等式约束条件(节点功率平衡方程)

2.不等式约束条件

其中:SB为所节点集合;SG为所有发电机集合; SR为所有无功电源集合;PGi、QGi 为发电机i的有功、无功出力;PDi、QDi 为节点i的有功、无功负荷;Vi、θi 为节点i的电压幅值与相角;Gij、Bij 为节点导纳阵的第i行第j列元素的实部与虚部。

三、无功优化计算

(一)计算条件

计算网架选择海南2010年电网,计算方式选择枯大方式和丰小方式。

根据《电力系统电压和无功电力技术导则》中的规定来确定母线电压的考核标准。枯大方式下,在110 kV变电站补偿电容器至110 kV高压侧功率因数达到接近0.98,丰小方式下达到功率因数接近0.95。

采用中国电力科学研究院开发的PSD-OPF软件进行计算,计算方法选择改进原对偶内点法,参数选择为:收敛精度(10-6),迭代次数(300),选择离散化处理变压器抽头,潮流收敛精度(10-4),功率罚函数初值(1.025),电压罚函数初值(1.032)。

(二)枯大方式下优化计算结果

根据软件无功优化计算结果,枯大方式下各节点需新投入的电容器容量及各变压器抽头的调整(110kV结果略)如表1和表2所示。

根据计算,投入电网现有无功补偿设备后,全网总损耗由41.6 MW降至37.4 MW,再通过优化规划新的补偿装置后,全网总损耗进一步降低到32.61MW,降损量达37.4-32.61=4.88 MW,占原网损的12.9%,达到了很好的优化降损效果。

(三)丰小方式下优化计算结果

同枯大方式下的分析结果,丰小方式下投入电网现有部分110 kV电容器和220 kV所有电抗器,电压的降低使得全网总损耗由8.5MW升高至9.1 MW。再通过优化规划新的补偿装置后,发电机无功出力减少,全网总损耗降低到7.9 MW,降损量达9.1-7.9=1.2MW,占原网损的12.1 %,达到了很好的优化降损效果。

(四)电压质量

对电压质量的分析,可以把初始状态、投入现有补偿设备后的状态、优化规划后状态下的母线电压幅值作图来比较。2010年枯大方式和丰小方式下220 kV母线的电压变化对比如图1、图2所示。