500 kV主变压器有载调压的效应指标及相关调控策略研究

500kV主变压器有载调压的效应指标及相关调控策略研究魏博张勇军潘文博2（1.华南理工大学电力学院，广州510640；2.梅州供电局，广东梅州514021）可能造成系统电压失粉。研究有载调压时变压器档位调节对于电网无功电压和潮流分布的影响，提出变压器一档调节电压和无功效应指标以便定量衡量电网电压和无功变化。结果表明，对于分布式电源较多的地区，不宜单独进行500kV主变压器有载调压；对于纯负荷片区或多数上网电厂为定无功运行方式的，可以考虑有载调压。

维持电力系统静态电压稳定与合格的控制手段主要有变压器有载调压、无功补偿调节和发电机出力控制等。以往对无功电压问题、电压偏高下的调控措施研究已有一定的进展，变压器有载调压因具有操作成本低、适用范围广、调压效果明显等优点而被广泛应用。概述了国内外有载调压变压器对电压稳定性影响的研究方法，分析了对影响电压稳定的参数及原因等。

上述对分布式电源上网的无功电压影响，感性无功补偿等因素进行了研究，而对于变压器档基金项目：国家自然科学基金项目（51147006）。

位不合理引起的电压偏高问题，特别是500kV主变压器调压对下层电网影响的研究略显薄弱。有载调压作为造成系统电压失稳的三大诱因之一，一旦调压失稳会对电网安全带来巨大威胁。正是基于此类考虑，有载调压在500kV电网中的应用一直十分谨慎，通常在带负荷情况下变压器档位并不调整。另一方面，广东电网作为工业大负荷受端，负荷的大、小周期性波动均十分剧烈，一直面临着调压困难的问题，迫切需要调节500kV档位来达到改变电压、节省下层无功资源的目的。因此对于是否应该进一步推广500kV有载调压，需要认真论证和决策。

本文基于所开发的无功优化软件ORP，针对某实际电网进行仿真，提出变压器调节效应指标，定量衡量变压器抽头档位变化引起的电网电压及无功变化，以此推广论证广东电网500kV主变压器抽头调整所能带来的调节效益及其对系统的影响，进而为广东500kV有载调压设备配置和规划安装工作提供了理论指导。

1数学模型建立如的某地区电网500kV主干部分的简化模型，包括发电机、500kV变压器、线路、负荷等，忽略下层电网结构，利用模型进行机理分析，推导500kV主变压器有载调压引起的电压、无功变化规律。

中，表示系统等值节点电压，其左侧无穷大电源代表省网，F500表示500kV站500kV母线电压，F220、厂220分别表示等值理想变压器的高、中压侧母线电压，忽略低压侧。Xs表示连接R与00的输电线路电抗，而表示等值变压器电抗，尤为高-中压侧变比，表示流经变压器的功率，户G+为地方电厂等值出力，表示等值负荷，0T=0L-.假定Xs、Xt上消耗的无功功率分别为A、A0T，则有由，以及系统各元件注入无功因变压器调整一档带来的相对变化。

?档调节电压效应指标AWap一档调节电压效应指标用以表征变压器抽头调节一档所引起电网各节点电压的变化情况，定义式如下压变化量标幺值。

从这一指标可以得知电网中各节点电压对该变压器调档的灵敏度，通过对这一指标的排序即可直观地了解全网节点的电压响应程度。

?档调节无功效应指标AQTap一档调节无功效应指标用以表征变压器调整一档带来的系统各元件注入无功的相对变化。定义式如下入无功标幺值（以100Mvar为基准）。

这一指标能反映由变压器调档导致的无功变化情况，对于无功过剩引起的全网电压偏高，变压器调档往往伴随着无功的大幅度变化，并有可能导致电网无功分布更不合理的情况。因此，采用一档调节无功效应指标反映因变压器调档引起的节点无功变化，根据指标大小作为是否允许调档、调档幅度、需要如何配合的依据。

在此基础上，按照电压等级的不同，以AQTap-500和AVTap-500表示注入500kV主变压器的一档调节无主变压器500kV侧kV母线功效应和电压效应，以A0Tap22.和AFTap22.表示注入220kV线路的一档调节无功效应和电压效应。

一档调节效应指标能够体现变压器调档引起的电网无功电压的变化，通过分析不同节点对应的指标值，能够找出变压器为合理的调档策略，避免盲目调档引起系统无功电压情况恶化。

一般情况下，接入22.kV主网的发电厂都是作为PV节点，即定电压运行的，因此调整50.kV主变压器的抽头档位对22.kV层面的电压影响作用较小，在实际运行中单纯调整变压器抽头位置对电压的调节作用有限。但是如果从规划的角度考虑，配合发电厂的调压，则能起到很好的作用，尝试将下层电厂作为PQ节点，即定无功运行，再调整50.kV站的档位，分析其对22.kV电网的调压作用，可根据得到的电压指导调整对应的发电厂，详细过程将在以下小节论述。

3实际算例现行的广东电网变电站管理机制是除西电东送交直流落点及附近部分50.kV站点外，其余50.kV和所有22.kV站点皆由省中调负责调度管理。但实际情况由于人力资源有限，22.kV站主变压器档位由中调负责整定与考核，调节范围一般在整定档位值浮动2档，实际由各地调负责实时操作。由于档位调整范围的约束与站内可控无功资源的限制，可能导致主变压器中压侧母线电压运行在偏低或偏高的非期望区间。

以华南某地区典型实际电网作为算例。该地区电压长期偏高。尽管目前采用了各种调压手段，但依然无法调节电压至令人满意的范围。且电网运行难以满足无功分层分区就地平衡的需要，不但不利于经济运行，也威胁着运行的安全性。

3.1小方式下主变压器调档对电压和无功的影响3.1.1考虑22.kV上网发电厂定电压运行小方式下，该地区负荷相对较轻，易出现电压偏高乃至越上限问题。以典型夏小方式为建模基础，考虑各22.kV上网发电厂都采用定电压运行，50.kV主变压器中压侧有载调压从初始的13档上调至12档及下调至14档时，与上层电网相连的50.kV关口节点及其电压、功率变化见下表1.上表中注入有功、注入无功表示从系统等值节点注入该地区电网的功率，全网总有功、无功损耗为关口统计损耗。50.kV站既是调档所在节点，又是连接系统等值节点与地区电网的枢纽节点，调档对嘉应站本身的效应见下表2.表1调档引起的关口节点电压无功变化状态注人有功功率/MW注人无功功率/Mvar全网有功损耗/MW全网无功损耗/Mvar50.kV母线1电压/kV12档13档14档Flap（标幺值）节点名从表中可见，调档对50.kV站本身的电压改变很小，而无功改变很大。

中横坐标表示下层电网各22.kV变电站，纵坐标表示一档调节电压效应AFap.从图可见，50.kV主变压器对不同站点有不同的一档调节电压效应AFap，且同一站点不同电压侧的AFTp也略有不同，基本上全网节点AFapE，平均AFap为0.000603.结合电网接线图发现，AFp较大的站点与50.kV站电气距离较近；AFTap.的站点与50.kV站电气距离相对远。同一站点的三侧电压Aap相近是由变压器的工作机理决定的，呈现基本一致的调压效应。

下层电网各侧的一档调节电压效应AVTapFig.从可见，50.kV主变压器上（下）调一档前后，部分22.kV线路的注人无功出现变化，且对不同线路500kV主变压器一档调节无功效应AQap220各不相同，变化范围为丁心海，黄涌，雷军，等。2008年春节期间鄂豫500kV电网电压偏篼问题仿真。电网技术，2008，32（增刊2器的一次升流试验数据分析，可知本文提出的电流简化计算公式和相量图与试验所测数据在工程应用误差范围内，便于验证一次升流试验实测数据的正确性。