戴仲覆

毕节地区风电集中接入变电站电压偏高成因及应对措施

戴仲覆

（直流输电技术国家重点实验室（南方电网科学研究院）,广东 广州 510633）

作为国家西电东送战略中的主要电力外送省份，贵州省近年来风力发电发展较快。贵州省风能资源最为丰富的毕节地区现状有两个风电集中接入的220kV变电站威宁站与赫章站，两站均存在220kV母线运行电压偏高的问题。结合两站实际情况与《风电场接入电力系统技术规定》等相关标准分析了两站220kV母线运行电压偏高的成因，并在此基础上兼顾两站远期的电网接线，结合两站的感性无功平衡分析结果，提出了在两站低压侧装设适量低压电抗器的应对措施。

风电； 变电站； 电压； 毕节地区

0 引言

近年来，随着世界各国对能源问题与环境问题的日渐重视，大力开发新能源已经成为各国能源策略方面的一种共识。风电作为一种技术成熟的新能源，被认为是未来电力供应的发展方向。与传统的化石能发电相比，风电可降低化石能消耗与温室气体排放，对支撑世界经济的可持续发展有重要意义。

在风电蓬勃发展的同时风电场的规模也日趋增大，100MW级以上的风电场已逐渐成为主流。据保守估计，至2020年全球风力资源可支撑世界12%的电力需求，相应可累计减少CO2排放107.72亿吨[1-2]。

作为国家西电东送战略中的主要电力外送省份，贵州省风力发电具有一定的发展潜力，且近年来风电装机增长速度较快。贵州省的风能资源理论总储量约为79333MW，技术开发量约为12000MW，经济可开发量约10000 MW。截至2016年底，贵州省已建成风电装机3522MW，根据规划到2020年风电装机规模达到8410MW。

贵州省风能资源分布较为集中，主要集中在毕节、六盘水、都匀、凯里和贵阳地区。其中以毕节地区的风力资源最为丰富，该地区的220kV威宁变电站、赫章变电站有大量风电机组经由风电场升压站集中接入。而与贵州省内其他220kV变电站相比，威宁变电站与赫章变电站的220kV母线存在运行电压水平偏高的问题。

首先介绍了威宁变电站与赫章变电站的电网接线、主变规模、无功配置等情况，而后分析了变电站的母线运行电压水平情况，并依据《风电场接入电力系统技术规定》等有关标准，分析了变电站母线运行电压偏高的成因，最后提出了相关的应对措施。

2 风电集中接入变电站概况

220kV威宁变电站与220kV赫章变电站均位于毕节地区西部，现状有乌江源风电场的297MW机组与岔河风电场的198MW机组分别通过乌江源风电场升压站-威宁单回220kV架空线路、岔河风电场升压站-威宁单回220kV架空线路接入威宁变电站，另有220kV雪山风电场的99MW机组通过雪山风电场升压站-赫章单回220kV架空线路接入赫章变电站。威宁变电站通过威宁-高峰双回220kV线路与贵州主网相连，赫章站通过赫章-毕节双回220kV线路与贵州主网相连。两变电站现状220kV电网接线示意图如图1所示。

图1 威宁站与赫章站220kV现状电网接线示意图

220kV威宁变电站现状主变容量2×180MVA，低压电容器容量4×7.5MVar，未配置低压电抗器。220kV赫章变电站现状主变容量2×180MVA，低压电容器容量6×7.5MVar，未配置低压电抗器。

3 变电站运行电压水平情况

威宁变电站与赫章变电站现状典型年1月-12月220kV母线运行电压水平统计曲线分别如图2与图3所示。由统计曲线可知，威宁变电站和赫章变电站220kV母线最高运行电压分别达到243kV和241kV，威宁变电站与赫章变电站最高运行电压平均值分别在238kV与237kV左右，最低运行电压平均值分别在228kV与230kV左右。两站220kV母线电压水平整体偏高，威宁变电站220kV母线最高运行电压已达到系统额定电压+10%的上限[4]，赫章变电站220kV母线最高运行电压亦已接近上限水平。变电站220kV母线运行电压水平偏高将影响变电站的安全供电，从保障电网安全运行的角度出发，需对两站220kV母线运行电压水平偏高的成因进行分析，进而寻求有效合理的应对措施。

图2 威宁变电站220kV母线年运行电压曲线

图3 赫章变电站220kV母线年运行电压曲线

4 变电站电压偏高成因分析

变电站的母线运行电压偏高一般由变电站近区的感性无功不足引起。220kV电网中的感性无功源主要来自于变电站低压侧的感性无功补偿装置与近区电厂的进相运行能力。当变电站近区感性无功源提供的感性无功以及线路与变压器的容性无功损耗不足以抵消变电站近区线路的充电功率时，变电站的母线运行电压将高于额定电压水平。

考虑到大多数情况下220kV电网架空线路的充电功率与线路容性无功损耗基本平衡，从经济性角度出发，对仅有架空出线的220kV变电站一般较少配置低压电抗器。文献[3]规定对进、出线以电缆为主的220kV变电站，可根据电缆长度配置相应的感性无功补偿装置。由于贵州电网220kV站点基本无电缆出线，贵州现状220kV变电站均未安装低压电抗器。

威宁变电站、赫章变电站现状220kV进、出线情况见表1。

表1 威宁站、赫章站现状220kV进、出线情况

由表1可见，威宁变电站、赫章变电站现状无电缆进、出线，但两站架空出线均较长，且连接有风电场升压站，需进行进一步分析。

现状贵州电网风电机组运行时均采用恒功率因素控制策略，功率因数设置为1.0或0.98，运行前设定功率因数，运行过程中不能改变功率因数。因此，贵州电网风电机组不做进相运行，自身的无功调节能力非常有限，无法为近区变电站提供感性无功支持。依据文献[3]：“对于直接接入公共电网的风电场，……其配置的感性无功容量能够补偿风电场自身的容性充电无功功率及风电场送出线路的一半充电无功功率。”可见，风电站升压站的设计无功配置仅能平衡风电场送出线路一半的充电功率，剩下的一半充电功率需由接入变电站进行平衡。威宁变电站与赫章变电站每站风电场接入线路及电网出线总长度均超过200公里，线路产生的充电功率应大于线路与变压器的容性无功损耗之和。

综上可知，威宁变电站与赫章变电站220kV母线运行电压水平偏高的原因是目前220kV威宁变电站和赫章变电站进、出线路总长度较长，产生的充电功率超过了线路与变压器的容性无功损耗，而两站均未安装低压感性无功补偿装置，且近区风电机组不做进相运行，缺乏无功调节手段来平衡过剩的充电功率。

5 应对措施

由近区感性无功补偿容量不足造成的变电站母线运行电压偏高问题，较为经济合理的解决办法是在变电站加装低压感性无功补偿装置。依据贵州电网规划成果[5]，“十三五”期间威宁变电站与赫章变电站的220kV电网接线会发生一定程度的变化。本文兼顾应对措施的远期适应性，以两站2020年的规划电网接线为基础进行两站无功平衡分析。至2020年，威宁变电站220kV出线共5回，分别为至岔河风电站1回，至海拉光伏发电群1回，至象鼻岭水电站1回，至高峰变电站2回；赫章变电站220kV出线共4回，分别为至雪山风电站升压站1回，至乌江源风电升压站1回，至毕节变电站2回。两站2020年规划电网接线示意图如图4所示。

两站2020年小方式无功平衡表见表2。

图4 威宁站与赫章站220kV规划电网接线示意图

表2 威宁站、赫章站2020年小方式无功平衡表

由表2可知，在2020年规划网架下，两站近区的充电功率均大于线路与主变的容性无功损耗之和。平衡结果表明，威宁变电站存在24.7MVar的感性无功缺额，赫章变电站存在21.3Mvar的感性无功缺额。建议按缺额容量在两站低压侧各配置4×6MVar低压电抗器，即每站各配置总量为24MVar低压电抗器，以平衡过剩的充电功率，维持变电站220kV母线运行电压在合理的范围之内。

6 结语

通过对毕节地区风电集中接入的变电站威宁变电站、赫章变电站220kV母线的运行电压水平情况进行分析，得到了两站220kV母线运行电压水平偏高的结论。而后结合两站实际情况与《风电场接入电力系统技术规定》等相关标准，说明电压偏高的原因主要是两站进、出线路总长度较长，产生的充电功率超过了线路与变压器的容性无功损耗，而两站均未安装低压感性无功补偿装置，且近区风电机组不做进相运行，缺乏无功调节手段来平衡过剩的充电功率。最后在此基础上，提出了在两站低压侧配置适量低压电抗器的应对措施。研究结果为毕节地区风电集中接入变电站的母线运行电压偏高问题提供了合理的解决方案，对贵州省其他地区的同类型问题具有借鉴意义。

[1]EWEA．Wind force12[EB/OL].http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/documents/publications/reports/wf12-2005.pdf.

[2]全球风能理事会.全球风电市场发展报告2012[EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/bb7696b851e79b8968022624.html.

[3]GB/T 19963-2011，风电场接入电力系统技术规定[S]．

[4]SD 325-89，电力系统电压和无功电力技术导则[S]．

[5]贵州电网有限责任公司.贵州省“十三五”电力工业发展规划[Z].贵州电网有限责任公司.2014．

Cause and Corresponding Countermeasure Analysis of High Voltage Problems in the Substations Integrated with Wind Farms in Bijie Area

DAI Zhong-fu

（State Key Laboratory of HVDC,Electric Power Research Institute CSG，Guangzhou 510633，China）

Recent years,as the main power export province in the national strategy of transmitting electricity from west to east,Guizhou province shows a rapid development in wind power.Presently,there are high voltage problems in two substations integrated with wind farms called Weining and Hezhang in Bjjie Area which ownes the richest wind power resourses in Guizhou province.This paper combined actual situation of the two substations and the relative standards such as Technical rule for connecting wind farm to power system to analyze the cause of high voltage problems,and on the basis of which gives considerations to the long term power grid connection and the Inductive reactive power balance results of the two substations,finally put forward the countermeasures of installing appropriate amount of low voltage reactors on the low voltage buses of the two substations.

wind farm； substation； voltage； Bijie area

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.012

TM614

B

2095-3429（2017）04-0052-04

戴仲覆（1985-），男，湖南长沙人，硕士，工程师，主要从事大电网规划设计、运行分析计算等工作。

2017-07-11

修回日期：2017-08-08