（电气工程专业论文）包头地区电网无功优化应用研究.pdf

声明尸明 j l l l fj i r r l p l i j l l l l l l l l l l l l f l l l jfllif l l l j fl l 删 17 9 717 1 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文包头地区电网无功优化应用研究， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：要丛壑 日期：学位论文作者签名：绉丛堕日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：塑筮蟹 日 期：互丝参2 互 导师签名： 日期： 华北电力大学_ 【：程硕十学位论文摘要 摘要 在电力系统中，无功要保持平衡，否则将会使系统电压下降，严重时会导 致设备损坏、系统解列。此外，网络的功率因数和电压降低，将促使网络传输 能力下降，损耗增加。因此，解决好网络无功优化问题，对保证电能质量、网 络降损节能有着极为重要的意义。本论文的目的是在现有网架结构及负荷水平 的基础上，通过计算分析包头地区电网无功配置是否合理，是否需要新增无功 容量及具体的配置容量和地点，形成包头地区电网无功优化配置方案。实施该 方案，可保证包头地区电网的安全稳定运行，同时会产生可观的经济效益，也 能够指导该地区电网的发展规划。 关键词：无功优化，安全稳定运行，发展规划 a b s t r a c t t h er e a c t i v ep o w e rm u s tb ek e p ti nb a l a n c ei nt h ep o w e rs y s t e m o t h e r w i s ei t c a nm a k et h es y s t e mv o l t a g ed r o p a n dm o r eo v e r ，i tw i l ld a m a g et h ee q u i p m e n ta n d m a k et h es y s t e ms t e po u tw h e ni ti sv e r ys e r i o u s i na d d i t i o n ，t h en e t w o r ko f t r a n s m i t t i n ga b i l i t yw i l ld r o pa n dt h ed i s s i p a t i o nw i l lb ei n c r e a s e di ft h ep o w e r f a c t o ra n dv o l t a g ea r ed r o p p e d i tw i l lg u a r a n t e ee l e c t r i ce n e r g yq u a l i t ya n dr e d u c e d i s s i p a t i o ni fs e t t i n gw e l lt h ea c t i v ep o w e rp r o b l e m t h ep u r p o s eo ft h i st h e s i si so n t h eb a s i so fe x i s t i n gg r i ds t r u c t u r ea n dl o a dl e v e l ，f o r m i n gt h ee l e c t r i cn e t w o r k r e a c t i v ep o w e rd i s p o s i t i o ns c h e m et h r o u g hc a l c u l a t i n ga n da n a l y z i n gw h e t h e rt h e r e a c t i v ep o w e rd i s p o s i t i o nr a t i o n a lo rn o ti nba o t o u ，i ft h ea d d i t i o n a lr e a c t i v ep o w e r c a p a c i t yn e e dt ob ei n c r e a s e da n dt h e i rc o n c r e t ed i s p o s i t i o nc a p a c i t ya n dp l a c e i m p l e m e n tt h i ss c h e m e ，t h ee l e c t r i cn e t w o r kc a nb eg u a r a n t e e dt or u na tap e a c e f u l a n ds t e a d ys i t u a t i o n a tt h es a m et i m e ，i tw i l lp r o d u c et h ec o n s i d e r a b l ee c o n o m i c b e n e f i t s a n di tc a na l s og u i d et h ed e v e l o p m e n tp l a no ft h ee l e c t r i cn e t w o r ki nt h i s a r e a g e n gz h i ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f a ix i n k e yw o r d s ：r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z e d ，s a f e t ya n ds t e a d yo p e r a t i o n ， d e v e l o p m e n ta n dp l a n 华北电力大学j i ：程硕十学位论文目录 目录 捅要 第一章引言l 1 1 无功优化配置的意义1 1 2 国内外无功优化研究现状2 1 2 1 无功功率理论的发展情况3 1 2 2 无功理论的发展情况4 1 3 目前负荷补偿的不足5 1 4 包头电网无功配置及运行现状。6 1 4 1 电网结构7 1 4 2 包头地区系统装机容量7 l 。5 本文的主要工作8 第二章2 0 0 9 年无功电压情况分析9 2 1 包头电网主变、无功补偿装置配置及运行情况9 2 1 1 主变有载调压情况9 2 1 2 无功补偿装置配置、运行情况分析9 2 2 供电电压完成情况1 1 2 2 1 无功潮流、电压分析及建议一l l 2 2 2 电压控制达到的效果1 7 2 2 3 无功电压运行管理工作。1 7 2 2 4 无功电压存在问题和建议一1 8 第三章2 0 0 9 年地区无功电压分析及控制措施2 0 3 12 0 0 9 年无功电压管理2 0 3 i 15 0 0 k v 系统无功补偿装置2 0 3 1 22 2 0 k v 及以下系统无功平衡2 0 3 1 3 各变电站无功补偿容量计算2 2 3 22 0 1 0 年电压分析2 7 第四章包头地区电力系统潮流计算2 9 4 1 电力系统分析综合程序( p s a s p ) 2 9 4 1 1 潮流计算问题简述2 9 4 1 2p s a s p 潮流计算的主要功能和特点2 9 4 1 3p s a s p 潮流计算方法3 l 4 2 包头地区电力系统典型潮流计算3 1 4 2 1 基本思路3l 4 2 2 导则有关章节节录3 2 4 2 3 电压控制条件3 2 4 2 4 典型潮流计算3 2 第五章包头地区电力系统无功优化配置3 9 5 1 概j 盔3 9 5 2 无功补偿结果分析3 9 5 2 1 包头地区电力系统正常运行方式3 9 5 2 2 高新变1 撑主变停电4 0 5 2 3 高新变2 群主变停电4 0 5 2 4 包沙i 、h 回停电工4 l 5 2 5 高麻i 、i i 网停电4 l 5 2 6 沙城i 、h 同停电4 2 第六章结论与展望4 3 6 1 结论4 3 6 2 展望4 3 华北电力人学l ：稃硕十学位论文目录 参考文献4 6 致 谢4 8 附录4 9 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 5 华北电力人学：i ：程硕十专业学位论文 1 1 无功优化配置的意义 第一章引言 近年来，随着电网容量的不断增加，电网对无功的要求也与f 1 俱增。无功电源 和有功电源一样，是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网损以及安全运行所 不可缺少的部分。在电力系统中，无功要保持平衡，否则将会使系统电压下降，严 重时会导致设备损坏、系统解列。此外，网络的功率因数和电压降低，使电气设备 得不到充分利用，将促使网络传输能力下降，损耗增加。因此，解决好网络无功优 化问题，对保证电力系统电能质量，对网络降损节能有着极为重要的意义。2 0 0 7 到 2 0 0 9 年包头地区电网网络和负荷将有很大的发展，在这种情况下，必须考虑新设无 功补偿点和容量。因此，根据电网和负荷发展的情况，超前对包头地区电网进行无 功的优化分析及电容器补偿规划，以实现电网的安全经济运行，进一步提高电压质 量，从而降低网损，带来可观的经济效益。可见，对包头电网的无功优化配置进行 研究是一项非常重要而迫切的任务。 在现代大电网中，随着电力系统联网容量的增大和输电电压的提高，输电功率 变化和高压线路的投切都将引起很大的无功功率变化，系统对无功功率和电压的调 节和控制能力的要求越来越高。另一方面，由于受电力市场化变革的影响以及来自 用户、经济和技术方面的制约，为了充分利用系统资源，现代电网越来越接近于其 极限运行状态，这使得电网缺乏灵活的调节能力，特别是在某些紧急运行情况下， 电网更加脆弱。因此，在系统稳定的前提下，如何合理利用技术手段和管理手段来 达到无功优化的目的，是当前亟待解决的问题。 电力系统的无功优化，可以改善电压质量，降低线路损耗，使电网能安全、稳 定、经济地运行，对保证工农业安全生产、提高产品质量和改善人民生活都具有重 大的影响。电压质量差，既对用户造成危害，同时也影响电力企业本身。应力求使 电力系统运行g g e , 接近电力设备的额定电压，通过合理分配无功来进行电压调度， 从而降低线损，产生显著的经济效益和社会效益。长期以来，包头地区电网由于地 理自然因素的限制，长距离大负荷输电线路较多，无功的问题比较突出。随着包头 地区电网近几年的超常规、跨越式发展，包头地区电网的最大供电负荷在2 0 0 9 年 底已经达到3 1 2 万千瓦。用电负荷峰谷差也随之逐年加大，使得系统的调压问题变 得越来越困难，电压过高或过低的问题时有出现。因此，如何合理地调整电压，提 高电网的电压质量和安全运行水平，是摆在技术人员面前的一项重要任务。但是从 华北电力入学：i ：程硕十专业学位论文 总体来看，地区无功平衡相对滞后，主要表现在不同季节系统运行电压差别较大； 电网的电压质量还不能令人满意；低谷负荷时向上级电网反送无功、高峰负荷时从 上级电网吸收无功等。随着电网的发展，这些问题会越来越突出，一定程度上将威 胁到系统的稳定性。无功优化的目的就是使电力系统在保证电压质量的条件下，无 功补偿设备的布局和配置容量最合理，无功运行的网损最小。电网在进行有功规划 和建设的同时，也要切实搞好无功的电力平衡和无功运行的优化补偿。因此，无功 优化工作，无论在规划新系统，还是改造现自系统的无功配置，以及指导土见有糸统 的无功设备运行上，都具有十分重要的意义。 1 2 国内外无功优化研究现状 目前，电网无功优化的问题，主要是三方面的问题。首先是优化控制的目的问 题。控制目的就是指在满足电压合格及稳定性的基础上，确定无功优化控制的首要 要目标究竟是什么。目前常见的控制目的是网损最小、无功合格、补偿容量最小、 操作成本( 次数) 最小等。其次是控制策略。无功优化的策略很多，主要就是单独 优化、分级优化、全局优化等等。其中分级优化和全局优化是目前流行的策略，它 们的主要区别在于相关地区优化策略的联系性，相对而言，全局性优化更注重于电 网电压合格，而分级优化更注重于用户侧无功和电压的合格。其中有代表性的二级 电压控制作为控制措施，首先由法国e d f ( e l e c t r i c i t ed ef r a n c e ) 提出 1 - 5 】，从1 9 7 4 开始单区试验，至1 9 8 5 年，几乎整个法国电力系统都配置了二级电压控制，相应 地有2 7 个控制区，1 0 0 台火电机组和1 5 0 台水电机组，控制的总无功功率约 3 0 0 0 0 m v a r 。运行实践证明了二级电压控制简化了运行控制工作，更好地协调了控 制机组间的无功出力。随后，该控制方式也意大利、西班牙 6 】等国家付诸实施。近 一步的研究也表明【7 9 】，二级电压控制是管理控制区内可利用的动态无功功率的有 效方法。此后在法国等一些欧洲国家，又采用了三级电压控制模式，将电力系统的 电压控制功能按时间和空间分开，具有分级递阶的控制结构，进一步利用了区域内 的无功资源，避免了无功的大范围流动。无功电压的控制效果通过各控制层在时间 上的解耦得到了保证。近年来我国学者又提出了一种称为基于全局模式的无功电压 控制方式，该方法在在三级控制的基础上采用动态分区和主导节点选择，并同时在 各区域的控制过程中考虑对区域联络线的控制，各区域控制中心的二级电压控制任 务由软件完成，则既可兼顾三级电压控制模式的优点，也避免了该控制方式的主要 缺点。最后就是优化控制的算法问题，目前无功优化的算法很多。除了各种传统算 法外，主要有遗传算法【1 0 1 2 】、基于模糊理论的算法【1 3 1 4 】、湖南电网已经实施的 基于灵敏度算法的无功优化算法【1 5 】、多a g e n t 的分布式人工神经算法 1 6 】、其他各 类人工智能算法等等。 华北电力人学i ：稗硕十专业学位论文 1 2 1 无功功率理论的发展情况 电力系统运行时，电网需要提供两部分电能：用于单向转换成其它能量的有功 电能和用于电磁能交换的无功电能。无功电能在电网中流动不仅要占用电网、发电 机出力，而且引起电压变化、功率损耗。对于传统的j 下弦无功功率理论，单相正弦 无功功率定义为电压、电流及其相位差的j 下弦之积【7 】，用公式表示为： q = u l s i n q o ( 1 一1 ) 三相正弦无功功率定义为各相无功功率之代数和，用公式表示为： q = q a + q b + q c ( 1 - 2 ) 无功功率描述的是电路电压、电流由于相位不一致而引起的电磁功率交换。人 们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却不是轻而易举的。在正弦 电路中，无功功率习惯上认为它是由电路中的储能元件引起的。在交流电一周期的 一部分时间内，储能元件从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源，理想 的无损失储能元件在整个周期平均功率是零。在含有谐波时，至今尚无获得公认的 无功功率定义。无功功率不表示单位时问所做的功，无功功率的实质是表示这些能 量交换的最大值。当电力系统中用电设备吸收的无功功率太多时，将会使功率因数 严重偏低，对电网及负载产生不利影响。传统的功率定义大都是建立在平均值的基 础上的。单相正弦电路或三相对称正弦电路中，利用传统概念定义的有功功率、无 功功率、视在功率和功率因数等概念都很清楚。但当电压或电流中含有谐波时，或 三相电路不平衡时，功率现象比较复杂，传统概念无法正确地对其进行解释和描述。 学术界有关功率理论的争论可以追溯到2 0 世纪2 0 年代和3 0 年代，b u d e a n u 和f r y z e 最早分别提出了在频域定义和在时域定义的方法，以后又有各种定义和理论不断出 现 8 】。分别在频域、时域内提出了多种功率理论，但是得到并广泛接受的很少。2 0 世纪8 0 年代以来，新的定义和理论更是不断推出。1 9 8 3 年赤木泰文提出三相瞬时 无功功率理论，是以瞬时实功率p 和瞬时虚功率q 的定义为基础，以该理论为基础， 可以得出用于有源电力滤波器的谐波和无功电流实时检测方法，其主要的一点不足 是未对有关的电流量进行定义。自1 9 9 1 年以来，已多次举办了专门讨论非正弦情 况下功率定义和测量问题的国际会议，但迄今为止，尚未找到彻底解决问题的理论 和方法。新的理论往往是解决了前人未解决好的问题，同时却又存在另一些不足， 或引出了新的待解决的问题。目前流行的定义主要有两种：一种最早被普遍接受的 基于频域的传统非j 下弦无功功率理论；另一种是最近被广泛接受的基于时域的通用 无功功率理论。基于频域的非正弦无功功率，目前最为普遍接受的是i e e e l o 旺1 9 9 6 标准给出的无功功率定义 8 ，该定义比较简单，写成数学表达式，单相非正弦电路 无功功率为： q = u n l n s i n g n ( 1 3 ) 华北电力大学i ：程硕十专业学位论文 三相非f 弦电路无功功率依然为各相无功功率之代数和，表达式仍为( 1 2 ) 式。 现有的功率理论可分为图l l 所示的三大类。迄今为止的各种功率理论只是较 好地解决了上述一两个方面的问题，而未能满足所有要求。d e p e n b r o c k 的工作对无 功功率的辨识起了较大的促进作用 9 】；赤木泰文等人提出的瞬时无功功率理论解决 了谐波和无功功率的瞬时检测和不用储能元件实现谐波和无功补偿等问题，对谐波 和无功补偿装置的研究和开发起到了很大的推动作用，但这一理论的物理意义较为 模糊，与传统埋论的关系卜够明确，在解决第一类和第三类j 口j 越是遇到困难：对于 第三类理论的研究虽然取得了一定成果，但至今未能取得较大突破。 1 2 2 无功理论的发展情况 传统的无功补偿是用普通开关将电容器或电抗器投入电网，由于它会产生很大 的冲击电流，而且，当把电容器从电网中切除时，有可能产生拉弧等现象，现已逐 渐被动态无功补偿装置所代替。早期的无功功率动态补偿装置是同步调相机s c ，它 是专门用来产生无功功率的同步电机，可以发出不同大小的容性或感性无功功率。 7 0 年代以来，同步调相机开始逐渐被静止无功补偿装置( s v c ) 代替 1 0 】。1 9 7 7 年 美国g e 公司首次在实际电力系统中演示运行了其使用晶闸管的静止无功补偿装 置。1 9 7 8 年，在美国电力研究院的支持下，西屋电气公司制造的使用晶闸管的静止 无功补偿装置投入实际运行。静止无功补偿装置包括晶闸管控制电抗器( t c r ) 和 晶闸管投切电容器( t s c ) ，以及这两者的混合装置t c r + t s c ，或者是晶闸管控制 电抗器与固定电容器( f c ) 或机械投切电容器( m s c ) 混合使用的装置。在国内， s v c 目前越来越广泛的应用于电力系统，成为对电力系统的动态电压支撑的重要手 段。 1 、早期的无功功率补偿装置 考虑到无功功率是由于系统中各种感性负载所产生，早期的无功功率补偿主要 为同步调相机和静止电容器。同步调相机是一台工作于空载的同步电动机。根据需 要控制其励磁磁场，可以使其向系统提供感性无功功率或从系统吸取感性无功功 率。但由于动态响应速度慢，不适合各类快速变化非线性负载的要求，且成本高， 安装复杂，因此应用受到限制 1 1 1 2 】。无功补偿电容器是早期无功功率补偿的另一 种方法。该方法是将一定数量的电容器并联在电网中。由于补偿方法简单经济，灵 活方便，因此早期得到广泛的应用。但补偿容量有级，固定，而且可能与系统发生 谐振，因此现在应用已较少。 2 、s v c ( 静止无功补偿器) 随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的广泛应用，产生了目前广泛用于 无功补偿的静止无功补偿器简称s v c 。采用电力电子技术的s v c 补偿装置有不同 华北电力火学j r ：程硕十专业学位论文 的结构和控制方法。电抗器型s v c 为u i 特性。该补偿装置具有响应速度快，而且 可以连续调节无功功率输出的特点，因此目前在电力系统中广泛应用。但该补偿装 置的铜耗和铁耗都比较大，输出的系统中高次谐波较多，而且电抗器的体积也较大， 因此在技术上已不属先进。目前，在许多电力交流中对其采用人工智能的方法( ( 如 模糊控制【1 3 ，人工神经网络【1 4 】等) 对电容器的切投进行控制，以达到最佳的补偿 性能。 3 、s v g s v g 又称为静止无功发生器或高级静止无功补偿器( a s v c ) ，它是基于瞬时无 功功率的概念和补偿原理采用g t o 构成的换相交流器。s v g 分电压型和电流型桥 式电路两种。由于电压型控制方便，损耗小，因此在实际应用中被广泛采用。通过 调节桥式电路交流侧输出电压的相位，幅值或者直接调节其交流侧电流进行无功功 率的交换。与s v c 相比，其调节速度更快，调节范围更宽，欠压条件下的无功调节 能力更强，因此具有良好的补偿特性。但在大功率输电系统中受现g t o 开关频率 的限制必须采用多桥的s p w m 技术抑制电路的谐波。虽然g t o 耐压高、容量大， 但需专门的缓冲电路且损耗大。与g t o 相比，由于i g b t 器件，具有响应快、损耗 小、开关频率高的特性，i g b t 有逐步取代g t o 的趋势。 4 、单位功率因数交流器 单位功率因数交流器【1 5 1 6 】是一种进线无谐波且功率因数为1 的新型交流器。 单位功率因数交流器是减少电网的无功与谐波的另一个重要措施。变流器提高功率 因数和减少谐波的主要方法是采用多重化技术。对于电流型变流器，是将方波电流 波形叠加，使输入电流为接近正弦且与电源同相位的阶梯波。而电压型变流器是须 将联接电感与交流电源相连，将方波电压叠加，使输入电流为与电源电压同相的j 下 弦波。通过控制输入电流的相位，再配合自换相变流器，使变流器的总功率因数为 1 。甚至提供超前的无功功率 1 7 1 8 】。小容量的功率因数变流器为了实现低谐波和 提高功率因数，变流器多采用二级管整流加p w m 斩波方法，常称之为功率因数校 正( p e c ) 。典型电路有升压型，降 压型，升降压型等 1 9 2 0 】。中等容量的单位功率因数变流器一般需对自关断器件采 用p w m 技术。对于高功率因数变流器的研究已成为电力电子领域的一大热门，可 以预言，单位功率因数变流器将在无功补偿和谐波抑制中发挥越来越大的作用。 1 3 目前负荷补偿的不足 据统计，当前，国内典型城乡配电网无功损耗情况如下：按电压等级划分，0 钬v 级损耗占5 0 ，1 0 k v 级占2 0 ，3 5 k v 以上占3 0 2 1 。在农村，长距离供电较为 普遍，1 0 k v 线路损耗较大；在城网中，配网的损耗主要在0 4 k v 侧。因此，作好1 0 k v 华北电力人学j i ：稗硕+ 专业学位论文 等级电压以下的无功补偿具有重要意义。近年来，由于计算机技术的发展，无功补 偿技术已得到很大改进，无功补偿装置的发展已进入一个新阶段。然而，许多电网 仍存在补偿不足，调节手段落后，电压偏低，损耗增大等问题。负荷无功补偿主要 有以下几个问题：( 1 ) 无功补偿容量不足。在供电方面，公用变压器在全国大中小 城市中大量存在，而且伴随着一户一表等城网改造的开展，还会大量增加。由于资 金匾乏及重视程度不够，公用变压器区内无功补偿容量严重不足，有功损耗大，功 用父j = i i 器的利用翠卜两。在用户方向，由于公用变压器区内低压用户很多，供电企 业管理不便，低压用户感性负荷很大。由于各用户没有统一的无功功率补偿，造成 补偿不合理，效果不明显；而且，在高峰时，从电网接收无功过多，低谷时，往往向 系统到送无功。( 2 ) 无功补偿装置落后。在无功补偿装置上，大量的装置采用采集 任选一相的无功信号或一相电流另两相电压得出的无功信号并以此作为投切容量 的依据，但这种方式只适用于以三相动力为主的配电区，它可能会对非采样相造成 过补或欠补。在投切容量的确定方面，往往以功率因数为参考，电容器分组投切， 当功率因数滞后时，则投入一组电容器；当有超前的无功分量时，则切除一组电容器； 按步投切电容量，无功补偿的精度不高。这些装置常因为电容器容量级差大而投切 精度低或频繁投切。( 3 ) 集中补偿占大多数。集中补偿只能减少装设点以上线路和 变压器因输送无功功率所产生的损耗，而不能减少用户内部通过配电线路向用电设 备输送无功功率所造成的有功损耗。由于用户内部的无功损耗没有减少，所以降损 节电效果必然受到限制。负荷所需的无功功率，仍然需要通过线路供给，依然产生 有功损耗。 1 4 包头电网无功配置及运行现状 包头市是内蒙古自治区最大的工业城市，总人口已达到了2 4 0 多万，2 0 0 9 年全 社会用电量达到了2 2 8 6 4 亿k w h ，地区最大负荷达到了3 1 2 万k w 。包头供电局管 辖的供电网络覆盖着包头市周围近4 万平方公里的区域，2 2 0 k v 输电线路连接着达 旗电厂、乌海电厂、乌拉山电厂、包头一电厂、包头二电厂以及呼市、鄂尔多斯市、 巴盟电网，截止2 0 0 9 年底我局局属变电站共6 0 座；2 2 0 k v 线路5 7 条，总长9 9 4 4 5 1 公里，1 1 0 k v 线路6 8 条，总长1 0 7 6 0 5 1 公里，3 5 k v 线路9 条，总长7 2 6 9 5 公里。 系统内局属各电压等级的主变压器共1 0 7 台，总容量8 6 6 2 9 m v a ，其中有载8 8 台， 容量8 2 9 3 2 m v a ，无载1 9 台，容量3 6 9 7 m v a ；配电线路( 1 0 k v 及以下且不包括 农电) 共1 9 4 条，j 总长118 2 7 6 4 公里；市三区内已具备条件可互连互倒负荷的配网 线路共9 1 条。 华北电力大学j ：程硕十专业学位论文 1 4 1 电网结构 ( 1 ) 5 0 0 k v ：包头地区现有5 0 0 k v 变电站2 座( 高新变、包北变) ，主变容量 3 x 7 5 0 m v a 。随着5 0 0 k v 网架的不断建设，现高新变有华新一、二线连接河西电厂， 响高一、二线与伊盟响沙湾变相连，包新一线与包北变相连；包北变有包旗一线与 旗下营变电站连接，包德一线连接巴盟德岭山变电站；并通过两站主变元件与包头 地区2 2 0 k v 系统坏网； ( 2 ) 2 2 0 k v ：由于地区2 2 0 k v 短路电流水平超标，不能满足电网安全稳定要求，包 头地区2 2 0 k v 电网采取高新交l 撑、2 撑主变在2 2 0 k v 侧分列运行的方式即2 2 0 k v “c ”型网运行：高新l 群主变昆河变张家营召庙沙河古城土右( 兴胜) 麻池高新2 撑主变。至后山地区的2 2 0 k v 固北、万胜、红塔、望海以及福永变属终 端负荷站，不在2 2 0 k v 环网内。包头地区2 2 0 k v 系统通过土东ii i 回与呼东郊变连 接，经土昭线与呼昭君变连接( 现呼包2 2 0 k v 环网解环运行) ；经高祥线、张祥线 与巴盟吉祥变相连接。巴盟地区沙德格变电站由昆都仑热电供电。 ” ( 3 ) 1 1 0 k v ：接入地区1 1 0 k v 系统的发电厂现有2 家，分别为：一电厂、以及包钢 热电。包头地区1 l o k v 电网中仍存在昆河ii i 回、昆沙线与2 2 0 k v 网络形成的电磁 环网运行方式。其余变电站均属终端负荷站。 1 4 2 包头地区系统装机容量 截止二o o 九年底，与地区电网连接发电装机容量如下： 与地区5 0 0 k v 电网连接发电装机容量如下： 河西电厂：1 2 0 0 m w ( 2 x 6 0 0 ) 与地区2 0 0 k v 电网连接发电装机容量如下： 一厂：4 5 0 m w ( 2 x 1 0 0 + 2 x 1 2 5 ) 二厂：1 0 0 0 m w ( 2 2 0 0 + 2 3 0 0 ) 新三厂：6 0 0 m w ( 2 x 3 0 0 ) 昆都仑热电厂：6 0 0m w ( 2 x 3 0 0 ) 希望热电：1 3 2 0 m w ( 4 x 1 5 5 + 2 x 3 5 0 ) 东华热电：6 0 0m w ( 2 x 3 0 0 ) 包钢燃气电厂：2 7 5 2 m w ( 2 x 1 3 7 6 ) 蒙达电：1 3 2 0 m w ( 4 x 3 3 0 ) 内蒙古电网统调装机容量容量：共计3 4 0 0 1 9 5 m w ，其中火电容量2 9 1 2 3 7 m w ，水 电容量5 4 0 m w ，风电容量4 31 4 2 5 m w 。 7 华北电力人学：i ：稗硕十专业学位论文 1 1 0 k v 及以下接入地区电网自备电厂装机容量： 包钢：9 2 m w ( 3 x 6 + 2 x1 2 + 2 x 2 5 ) 糖厂：9 m w ( 1 x 3 + lx 6 ) 棉纺：9 m w ( 1 x 3 + l x 6 ) 杨圪楞：3 m w ( 2 x 1 5 ) 宏伟铸造：3 m w ( 1x 3 ) 固阳海明：3 m w ( 1 3 ) 三晟自备电厂：5 0 m w ( 1x 5 0 ) 合计：1 6 9 m w 地区内风电场装机容量： 宏腾风电：4 9 5 m w 龙源风电：2 0 1 m w 漳泽风电：4 9 5 m w 鲁能风电：4 5 m w 金风风电：4 9 5 m w 茂明风电：4 9 5 m w 合计：4 4 4 m w 1 5 本文的主要工作 ( 1 ) 详细介绍包头地区电网2 0 0 9 年无功电压情况 ( 2 ) 对2 0 0 9 年地区无功电压进行细致分析并提出控制措施 ( 3 ) 对2 0 1 0 年地区无功电压情况进行预测并提出相关建议 ( 4 ) 以2 0 0 9 年包头地区电网及重要联络线停电的典型情况为模型进行潮流计算 ( 5 ) 以潮流计算的结果对包头地区电网进行无功优化补偿配置，并再次进行潮流 计算 ( 6 ) 得出无功优化配置的结论并提出相关建议 华北电力人学一：程硕+ 专业学位论文 第二章2 0 0 9 年无功电压情况分析 包头供电局经过逐年电网改造及无功补偿设备的投入，使2 0 0 9 年电网电压水 平提高。2 0 0 9 年地区最大有功3 1 3 8 m w , 无功1 0 4 2 5 m v a r ，功率因数0 9 4 9 ，出现日 期2 0 0 9 年1 2 月2 6 同。在大负荷工况下，大部分电压质量保持在范围内，但局部 地区由于无功补偿不足和负荷性质影响，电压质量较差。2 0 0 9 年1 月份由于受2 0 0 8 年全球经济危机影响，地区负荷水平仍然较低，最小负荷1 7 2 1 m w ，出现在2 0 0 9 年1 月2 7 日，在小负荷工况下，系统电压较高，部分地区无载调压主变电压偏高， 后山地区末端站负荷小，电压偏高。截至2 0 0 9 年年底，地区负荷逐步回升，平均 负荷在2 7 2 9 m w 左右，下面从以下几个方面分析： 2 1 包头电网主变、无功补偿装置配置及运行情况 2 1 1 主变有载调压情况 截止2 0 1 0 年1 月，我局变压器共有1 0 1 台，总容量8 6 6 0 7 m v a 。其中：有载 调压变压器有8 2 台，容量是8 2 8 4 m v a ，占总台数8 1 1 9 ，占总容量9 5 6 5 。无 载变压器1 9 台，容量是3 7 6 7 m v a ，占总台数1 8 8 1 ，占总容量4 3 5 。 无载调压主变为：固阳2 撑主变( 3 0 m v a ) 、哈林2 群主变( 5 0 m v a ) 、桥西l 群主 变( 5 0 m v a ) 、桥西2 撑主变( 5 0 m v a ) 、白云2 撑主变( 1 0 m v a ) 、美岱2 撑主变( 1 5 m v a ) 、 西斗l 主变( 7 5 m v a ) 、轻质3 舟主变( 5 0 m v a ) 、柏树沟1 f | 主变( 7 5 m v a ) 、柏树 沟2 舞主变( 15 m v a ) 、磴口2 挣主变( 2 0 m v a ) 、磴口3 群主变( 7 5 m v a ) 、石拐2 撑 主变( 1 5 m v a ) 、斗林1 撑主变( 1 5 m v a ) 、乌素图1 撑主变( 8 m v a ) 、重力2 撑主变 ( 7 5 m v a ) 、青北2 舟主变( 7 5 m v a ) 、公益民l 群主变( 8 m v a ) 、公益民2 撑主变 ( 3 2 m v a ) 。 我局城区附近及负荷中心区域的主变压器均为有载变压器，其灵活的调压方 式，保证了区域电压运行质量。但后山边远地区负荷性质为农电及工业交织，为无 载调压主变主要分布区域，对于调整电压有一定的局限性，对控制电压有一定难度。 2 1 2 无功补偿装置配置、运行情况分析 ( 1 ) 无功补偿装置配置情况分析： 2 0 0 9 年底我局6 0 座变电站已有5 4 座装设电容器补偿装置1 0 0 套，补偿容量 华北电力人学：i ：样硕+ 专业学位论文 9 2 1 0 9 6 m v a r ，投运容量8 7 9 0 9 6 m v a r ，未启动容量为：4 2 m v a r ，全年平均可用率 9 6 5 7 。5 0 0 k v 变电站安装容量2 4 0 m v a r ，补偿度为1 0 6 7 ，2 2 0 k v 补偿度1 0 4 ： 1 1 0 k v 及以下补偿度为1 2 ； 满足部颁“电压、无功技术导则”下限1 0 的要求。在高峰负荷时，仍存在无功 缺乏的现象，无功达不到就地平衡，部分变电站高峰负荷时变压器功率因数低于 0 9 5 。为此需要增设无功补偿设备，加强各级无功管理。 ( 2 ) 主变功率因数情况 2 0 0 9 年2 2 0 k v 主变一次侧平均功率因数0 9 5 ，1 1 0 k v 主变一次侧功率因数达到 o 9 6 。 表2 12 0 0 9 年主变一次侧功率因数统计情况 电压等级1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月l o 月1 1 月1 2 月平均 2 2 0 l i v 0 9 6 1o 9 5 0 9 5 o 9 5 0 9 4 0 9 40 9 3o 9 50 9 5o 9 60 9 60 9 6 o 9 5 l l o k v0 9 6 70 9 6 o 9 6 o 9 6 o 9 5 0 9 4o 9 50 9 6 0 9 60 9 6o 9 6o 9 60 9 6 ( 3 ) 无功装置的运行情况 2 0 0 9 年电容器的可用率9 6 5 7 ，相比2 0 0 8 年有所提高。需要加快电容器的缺 陷处理和电容器基建启动工程。网内无功潮流大，5 0 0 k v 下网无功潮流有3 5 0 m v a r 左右，主要流入重负荷地区希望铝业、张家营、昆河变、麻池变、古城变，需要采 取措施加强无功治理。 我局由于高载能负荷变电站较多，运行中负荷变化较大，主变功率因数不稳定， 造成电容器投切操作频繁且不及时，同时由于高载能负荷性质复杂，有时投切电容 器时出现过电压现象，并出现过损坏设备现象，急需采取措施，提高电容器的可用 率。静态无功补偿装置已不能满足此类负荷对无功的需求。 ( 4 ) 用户功率因数情况 根据国家电网公司无功电压管理规定及技术原则第七章：电力用户的无功 补偿第二十七条规定：电力用户应根据其负荷特点，合理配置无功补偿装置，并 达到以下要求：1 0 0 k v a 及以上高压供电侧功率因数不宜低于0 9 5 ；其他电力用户 功率因数不宜低于0 9 0 。 2 0 0 9 年初系统内无功电力缺乏，造成大量的无功功率在网内流动，通过对用户 的无功治理改善了很多，年底大部分用户满足0 9 0 的力率标准，但个别大用户如： 包钢、希望铝厂功率因数由0 8 9 提高到o 9 2 ，但仍然不满足国网公司的p 9 5 要求， 建议继续整改。铝厂的二所、一机用户、新源、吉宇、吉鑫、土右农电等用户功率 因数运行在0 8 5 0 9 0 ，需要加强整改。 华北电力大学：i ：样硕十专业学位论文 为此需要采取措施：l 、建议按电压等级足级修改电力用户力率考核办法；2 、 建议无功电量收费；减少用户从电网内吸收无功电力( 例如：包钢、铝厂、希望铝 业) ，从而降低电网的传输损耗，提高电网的经济效益；3 、加快切改包钢负荷。 农电局管辖变电站电容器投运率低，无功补偿度偏低达不到5 ，农电部分线 路功率因数低于0 9 0 ，建议农电管辖大型用户按照国家电网公司无功电压管理规 定及技术原则0 9 5 标准执行，提高变电站无功补偿度。 2 2 供电电压完成情况 表2 2 包头供电局2 0 0 9 年( 1 1 2 ) 月累计电压合格率 a 类b 类c 类d 类综合电压 监测合格率监测合格率监测合格率监测合格率 合格率 点 ( ) 点 ( ) 点 ( ) 点 ( ) ( ) 本年3 99 9 3 01 89 9 0 51 89 8 1 27 29 8 3 79 8 9 l 同比 o 4 6o 1 30 4 0o 2 l o 2 3 2 2 1 无功潮流、电压分析及建议 2 0 0 9 年运行中5 0 0 k v 系统流入2 2 0 k v 系统无功约有3 5 0 m v a r ，无功缺乏不能达 到分压分层就地平衡的要求。高新2 群变下网无功潮流1 7 0 m v a r ，送入麻池9 m v a r ， 送入希望铝业1 6 1 m v a r 。高新l 变下网无功潮流1 0 0 m v a r ，送入昆河变3 0m v a r , 送 入张变5m v a r ，送入包钢8 1 稃变6 5m v a r 。包北2 撑变下网无功潮流8 0 m v a r 。 ( 1 ) 5 0 0 k v 变电站电压情况 5 0 0 k v 变电站高新变、包北变是包头地区的电压支撑点。5 0 0 k v 电压最大值： 5 3 2 9 2 k v ，于2 0 0 9 年7 月1 日0 时，出现在包北5 0 0 k vi 母；5 0