浅析功率因数与含小水电配电网的联系

浅析功率因数与含小水电配电网的联系

李森球黄祎格

关键词：小水电配电网过电压分析与研究

0引言

小水电是一种清洁无污染、可再生并且具有优秀生态与社会效益的绿色能源，但是在大力发展小水电的同时，也同样存在很多问题。大部分小水电站都是径流式水电站，其发电量完全受降雨量的影响。在小水电站接入配电线路后，配电网的电压以及无功分布随着小水电站发电量的不同而波动，对电能质量会产生比较大的影响。

从化区位于广州东北部，水力资源丰富，并且得到了大力开发，其中小水电站集中于温泉、良口、吕田等镇，发电量受自然条件影响，季节性明显。各电站集中发电并主要通过10kV公用线路上网，丰水期到来时，机组出力加大，但是小水电所在的北部山区，经济并不发达，工业负荷少，小水电发出的电能无法就地平衡，大量的功率倒送会造成较大的电压降落，小水电要正常发电上网，就必须抬高同步发电机的机端电压，从而导致小水电附近的线路末端电压升高，严重推高沿线电压，时常有村民家中电器因此而烧坏。

本文对小水电导致电网的过电压问题进行分析，总结解决小水电电压问题的主要方法，并提出一种方案，对电网电压进行优化控制。

1解决丰水期小水电导致电网电压问题的主要方法

（1）对小水电功率因数进行考核。通过控制小水电的上网功率因数来对配电网中的无功潮流进行优化，降低配电网中的网损，改善电压质量。

（2）调节变压器的分接头。系统无功功率充足的情况下，通过合理改变变压器的电压比，可以使系统不同运行方式下电压的偏移不超过允许的波动范围。此种调压方式适用于小水电发电量和负荷变化较大，配电线路较长的情况，但是如果频繁的调节变压器的分接头会使变压器的故障率升高，并且有载调压变压器一般都装设在枢纽变电站或者装设在大容量的用户处，所以此种方式在小水电配电网的使用中会有一定的限制。

（3）通过无功补偿设备来调整电压。当系统中造成某些节点电压偏低的原因是无功电源不足时，通过调压无法解决时，则需要在这些节点附近设置无功补偿装置。丰水期时并联电抗器补偿，防止电压水平过高，枯水期时并联电容器补偿，提高线路末端运行电压。

（4）应用线路电压调节器来进行调压。此种调压方式，可以用于解决长配电线路或复杂配电网的调压问题，但是会增加电网的损耗，价格也比较昂贵。

2对小水电功率因数最佳工况进行分析

通过多方分析和比较，我们选取了方案（1）小水电功率因数考核为研究方向进行深入研究。目前从化地区的小水电站功率因数考核标准按照0.8进行考核，即发100千瓦时有功电量时，应发无功电量不少于75千乏时；当出现无功不足时，按照每少发无功电量3千乏时扣减有功电量1千瓦时执行。当年出台这套考核标准主要以无功就地平衡为原则，防止因小水电无功不足增大电网无功输送造成的压力，防范电网安全运行风险。这套考核标准已执行近30年，在社会、经济发展已发生巨大变化，供、用电环境已今非昔比的今天，经过多年的技术改造和发展，电网的无功调节能力已大大增强，具有满足电网和用户的无功需求能力，同时通过执行100kVA及以上用户的功率因数考核标准，大部分用户具有自动投切的无功补偿设备而基本实现就地平衡。由于要求小水电站配带无功比例过大，带来了系统电压过高、线损增加、设备绝缘下降等弊端。那么，小水电站功率因数考核标准该如何调整才是最佳方案呢？

先对配电线路进行整体分析，设网络元件的一相等值电路如图3

说明了小水电的功率因数即使按照0.8来考核，适当提高功率因数，虽然无功电量不足而被扣罚的有功电量增加了，但总计费电量还是较以前多，小水电的电费收入增加。同时，提高功率因数时小水电发出的无功减少，就能够一定程度上解决丰水期小水电上网导致区域电网的电压升高问题。

3进行仿真测试

通过分析结果，得出小水电站经济运行的最佳功率因素理论值是，研究团队根据这一理论值，选取良口坝水电站进行现场试验。

良口坝电站属于拦河坝电站，发电机容量为3×1000kW，通过一台5000kVA变压器升压为35kV专线上网，并入110kV良口变电站。良口坝电站建设规格较高，机组、控制设备都较为先进，可以实现全微机控制和操作，所有测试数据均可在控制主机上读取，有关数据具备准确、直接、同期特性，选择该电站作为试验电站有较好的代表性。

2012年7月12日，气温33度，来水情况稳定，测试时间段维持在同一出力，研究团队在良口坝电站开展了功率因数调整测试，分别在功率因数为0.80和0.95时进行测试，待功率因数调节稳定下来5分钟后，对5000kVA变压器的有功功率和无功功率分别进行记录，对35kV线路侧的电网线电压进行记录。测试结果如下：

从测试结果可看出：功率因数从0.8调整至0.95后，35kV线路电压减低300V～400V，下降比率1.0～1.2%，有功功率增加59kW，无功功率减少990kVar，电网线电压下降明显，有功功率增加了并且无功功率减少了很多，避免了大量的无功在线路上传输，减少了穿越电流，降低了线路损耗。

根据测试报告，广州供电局发文《关于调整从化市小水电站功率因数考核标准的批复》文，将从化区小水电站上网功率因数考核标准由0.8调整为0.91～1，从2012年9月份起试行。

良口地区共有40座约4.1万千瓦装机容量的小水电站通过110kV良口变电站2台20000kVA的主变上网，其并网容量占全市小水电站总并网容量的43%。良口变电站是受上网电压影响最为严重的变电站。

根据2011年、2012年的良口变电站运行数据，将2011年9月～12月与2012年9月～12月的母线电压月度最大值进行比较：

通过表4-3数据分析，在2012年9月调整上网功率因数后，良口变电站的10kV和35kV母线电压均有不同程度下降，其中10kV母线电压下降最大值发生在2012年11月，I段母线的Uab同比下降250V，下降比率2.3%；Ubc同比下降260V，下降比率2.39%；Uca同比下降300V，下降比率2.75%。35kV母线电压下降最大值发生在2012年12月，I段母线的Uab同比下降1900V，下降比率4.94%；Ubc同比下降1820V，下降比率4.74%；Uca同比下降1840V，下降比率4.8%。

由此可见，调整上网功率因数后，电网系统电压降低效果明显，实践证明通过提高功率因数考核标准可以一定程度的减轻小水电配电网高电压的问题。

4结语

小水电的迅速发展解决了供电量不足的困境，但是也给配电网的运行带来了新的问题。当小水电发电量较大时潮流反送到主网中，引起配电网沿线电压的升高。提高小水电站功率因数的考核标准至0.91～1后，经过这几年的运行证明，切实降低了上网电压，一定程度的从源头上减轻了小水电上网导致区域电网的电压升高问题。从而达到小水电站、电网公司、社会多赢的局面。改善了沿线居民的用电质量，有效地避免了用户因为电压过高烧坏电气设备而提起的相关的投诉和赔偿问题；延长了电网设备和发电设备的使用寿命，避免计划外的设备更换、维护投入。充分利用了水电资源，多发有功并降低了线路损耗，节约不可再生能源；同时增加了生产效率，增加山区人民收入，切实支持北部山区发展。达到小水电站、电网公司、社会多赢的局面。研究成果具有可推广性，可以在小水电站数量较多、容量较大的区域推广应用。

参考文献：

[1]邓渝生富含小水电的10kV公用线路电压质量问题分析及研究，重庆小水电2016