基于源网电压差值法的220kV电厂电压曲线优化制定
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室、深圳供电局有限公司的研究人员陈泽兴、叶琳浩、张勇军、林小朗、马伟哲，在2017年第13期《电工技术学报》上撰文指出，发电厂的电压控制是电网运行安全性和经济性的基础。
本文以电网有功损耗最小为目标，分析了无功负荷在发电厂和电网之间最优分配方式，揭示了发电厂实现最优无功出力的影响因素，提出了反映电厂电压控制与系统调压需求相匹配的评价指标，即电厂高压母线与枢纽母线之间的源网电压差值。
并通过分析影响该指标取值的变量，优化计算，从而获取电网在不同运行方式下电压差值的最优值；进而对不同运行方式下最优电压差值进行局部统一、分档差异化处理；最后结合枢纽母线电压的预测值，进行发电厂日电压控制曲线的优化制定。算例结果证明了该方法简单实用，而且无功优化效果好。
220kV电厂作为220kV区域电网的基本无功电源之一，相比电网侧变电站调压，具有快速、连续的无功调节能力，且无需增加额外投资。若能优化控制大容量电厂的无功出力，与变电站无功资源相协调，可对区域电网电压水平形成有力的支撑，减少电网侧变电站电压调节需求，对保证全网电压质量和安全性、减少网络有功损耗具有重要意义[1,2]。
针对220kV电厂的无功电压控制，目前工程上的做法主要是：调度中心根据运行经验，向各电厂下达电压曲线控制指标，电厂则根据曲线要求及时调节发电机的无功出力以维持母线电压在规定范围内[3,4]。
该做法简单、便捷、易于工程实现，但缺乏明确的优化依据，难以实时响应电网的动态实际需求；且其定性经验主要基于粗略的“逆调压”的思想，在电网大方式运行期间，过分要求电厂电压的抬升可能会导致发电机动态无功储备不足[5,6]；而在电网小方式运行期间，较低的电厂电压定值可能会导致发电机吸收无功进相运行，但这种进相运行并非都是必需的。
为解决工程上做法优化性不足的问题，国内外学者对该问题进行了许多研究。常见方法是通过不同优化算法进行全局最优潮流分析[7-11]，基于求得的最优值进行电厂电压控制。文献[12,13]提出三级电压控制的方法，在目标、时间、空间三维空间上对电网进行解耦降维，得到了电网分层分区的优化协调控制模式，该方法能在较小的区域空间内采用更为简化的模型进行求解，从而保证电厂电压求解有较高的可靠性。
文献[14,15]通过约束条件实时更新的方法，在电厂电压优化求解时，将变电站侧的离散协调变量转化为低压侧母线电压控制范围的约束，并通过数学模型进行求解，避免了混合整数规划求解的问题。然而，采用上述优化计算进行220kV电厂电压的控制均依赖于对电网精确的建模及自动化通信的提高，局部量测误差都会导致优化结果的失真，不利于工程的实际应用。
因此，在220kV电厂电压控制问题上，为更好地结合工程的实用性以及避免人为经验指导的局限性，同时考虑到电网分区运行方式下相对解耦的区域电网中含单个220kV发电厂参与电网无功电压调控较为多见，本文以含单个220kV发电厂参与无功电压调控的区域电网为研究对象，分析了电厂无功电压调控对电网有功损耗的作用机理，提出了源网电压差值指标和分析方法，并据此形成220kV电厂电压曲线优化制定方法，兼顾了电厂和变电站之间的无功资源。
图1 单电厂无功电压调控机理分析模型
结论
本文基于电厂无功电压调控对电网影响的机理研究，分析了电厂与系统无功电压支撑之间的关联性，提出了以电厂高压母线与枢纽母线之间的源网电压差值作为电厂电压控制的优化指标，进而形成了一种以电压差值进行优化分析的220kV电厂电压曲线的优化制定方法，结论如下：
1）基于对电网特性分析得出电厂与枢纽母线电压差值的做法，反映了符合无功优化需求的电压分布规律，具有普遍推广意义，避免了凭经验进行电压曲线制定的人为随意性。
2）将最优电压差值区间叠加到枢纽母线电压的预测值，便可得出电厂电压曲线的上、下限，完全符合无功优化对发电厂电压控制的规律；每天离线计算一次就可以获得电压曲线，无须依赖于复杂的实时无功优化计算，具有重要的工程实用价值。
3）我国大部分220kV以上电网属于强系统，枢纽母线电压（500kV变电站220kV母线）受电厂调压的影响小，因此结合枢纽母线电压的预测制定的电压曲线有较广的工程应用范围，在部分弱系统中的工程应用需进一步验证。