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摘 要：本文通过对惠州地区110kV永汉变电站10kV母线电压偏差分析，结合该变电站小水电上网情况，基于ETAP电力系统分析软件，对片区电网进行仿真建模，通过模型的潮流计算，提出解决永汉站10kV母线电压偏差的具体方案，并验证其正确性。
关键词：ETAP;小水电;无功优化;电压偏差
一、永汉站10kV母线电压偏差分析
110kV永汉站位于惠州市龙门县永汉镇，该镇水资源十分丰富，年均降雨量约2300毫升，地方小水电发展迅猛。每年5月至10月为片区丰水期，降水量充足，片区小水电机组集中高出力发电上网。每年11月至次年4月为片区枯水期，降水量较少，大部分水电机组低出力、甚至零出力发电上网。根据2014-2017年历史记录，永汉站10kV母线电压偏差情况如下表所示（按照南网规定，10kV母线电压允许偏差范围为10.0kV-10.7kV之间）：
由上表可知：永汉站10kV母线历史最大电压为10.91kV，超过最高允许值0.21kV，出现时间为2015年5月。永汉站10kV母线历史最小电压为9.86kV，低于最低允许值0.14kV，出现时间为2017年11月。由此可见，丰水期小水电机组集中高出力发电上网和枯水期大部分水电机组低出力发电上网，是110kV永汉站10kV母线电压质量偏差超过国标和南网要求的主要因素。
二、ETAP电网仿真建模
1、小水电机组模型
接入永汉站小水电机组单机容量均较小，其发电出力受区域降水量影响较大。丰水期时，大多数机组满出力运行;枯水期时，大多数机组低出力甚至零出力运行;各个水电站按接入线路分别合并等值为一台发电机组，发电机运行功率因数根据历史发电情况按0.90～0.93考虑，各发电机模型出力取值如下表所示：
2、负荷等值模型
永漢站 10kV 纯负荷线路为14回，35kV负荷与水电机组合用线路2回，负荷等值模型按各线路丰水期最小负荷和枯水期最大负荷数据分别取值，线路运行功率因数根据历史用电情况按0.90～0.95考虑，如下表所示：
3、基波潮流模型
潮流计算仿真模拟的公用电网、小水电机组、永汉站负荷出线等值模型，分别依据电网实际数据和丰水期、枯水期发电出力特性和负荷实际大小等逐一构建。仿真计算模型如图1所示。
基波潮流计算模型主要内容如下：1）系统等值机：1 台（永汉站由岚影站侧供电，将岚影站侧视为系统等值机）;2）小水电机组：分别按丰水期机组最大出力和枯水期最小出力取值，详见表3发电机出力取值表;3）负荷：分别按丰水期最小负荷和枯水期最大负荷数据取值，详细见表4负荷取值表;4）无功补偿：永汉站#1、2 主变10kV侧各安装有两组电容器组，电容器总容量为2×2×5010 kvar;5）线路、电缆等线性元件详见图1所示。
4、电能质量考核点
电能质量考核点（PCC）：永汉站 10kV I、II 段母线和 35kV I 、II 段母线。
短路容量：按国家电能质量标准相关规定，计算时采用系统小方式对应的最小短路容量。
电能质量考核点最小短路容量：1）220kV 岚影站 110kV 最小短路容量 1154.4MVA;2）永汉站 10kV I、II 母最小短路容量 184.376MVA;3）永汉站 35kV I、II 母最小短路容量 293.89 MVA。
综上所述，ETAP电网仿真建模如图1所示：
图1 永汉站片区电网仿真计算模型图
三、ETAP电网仿真计算结果
根据以上建模，对永汉站片区电网进行仿真计算，计算结果如下图表所示：
仿真结算结果表明：设定计算条件小水电机组出力按丰水期最大值、线路负荷按丰水期最小值考虑，永汉站10kV I、II、III段母线均出现电压正偏差，10kV电压正偏差计算结果略大于历史最大值。按设定计算条件小水电机组出力按枯水期最小值、线路负荷按枯水期最大值考虑，永汉站10kV I、II、III段母线均出现电压负偏差， 10kV电压负偏差计算结果略低于历史最小值。仿真计算结果具有指导性意义。
四、无功优化方案
近期在永汉站 10kV II 段母线安装一台10Mvar感性无功补偿装置，远期在10kV I 段母线安装一台10Mvar感性无功补偿设备，仿真计算结果分别如下图表所示：
仿真计算结果表明：采用在10kV II母加装一台10Mvar容量的感性补偿装置，能将永汉站10kV II母线电压降至10.66kV，与不加感性无功补偿设备相比，治理效果明显;远期在10kV I、II段母线各加装一台10Mvar容量的感性补偿装置，能将永汉站10kV I、II母线电压分别降至10.596kV、10.628kV，治理效果显著。
五、结语
本文通过对惠州地区110kV永汉变电站小水电上网情况分析，建立ETAP电网模型，根据仿真计算结果，首先验证了电网仿真建模的正确性。在此基础上，提出了较为合理的片区无功优化建设方案，并验证其正确性。研究方法具有可重复操作性。
参考文献
[1]高歌，刘毅力，马龙涛，黄永健.ETAP在110kV终端变电站无功补偿配置上的应用[J].国外电子测量技术，2019（10） .
[2]李毅强.变电站谐波分析与治理方法研究[D].华南理工大学，2016.
关键词：ETAP;小水电;无功优化;电压偏差
一、永汉站10kV母线电压偏差分析
110kV永汉站位于惠州市龙门县永汉镇，该镇水资源十分丰富，年均降雨量约2300毫升，地方小水电发展迅猛。每年5月至10月为片区丰水期，降水量充足，片区小水电机组集中高出力发电上网。每年11月至次年4月为片区枯水期，降水量较少，大部分水电机组低出力、甚至零出力发电上网。根据2014-2017年历史记录，永汉站10kV母线电压偏差情况如下表所示（按照南网规定，10kV母线电压允许偏差范围为10.0kV-10.7kV之间）：
由上表可知：永汉站10kV母线历史最大电压为10.91kV，超过最高允许值0.21kV，出现时间为2015年5月。永汉站10kV母线历史最小电压为9.86kV，低于最低允许值0.14kV，出现时间为2017年11月。由此可见，丰水期小水电机组集中高出力发电上网和枯水期大部分水电机组低出力发电上网，是110kV永汉站10kV母线电压质量偏差超过国标和南网要求的主要因素。
二、ETAP电网仿真建模
1、小水电机组模型
接入永汉站小水电机组单机容量均较小，其发电出力受区域降水量影响较大。丰水期时，大多数机组满出力运行;枯水期时，大多数机组低出力甚至零出力运行;各个水电站按接入线路分别合并等值为一台发电机组，发电机运行功率因数根据历史发电情况按0.90～0.93考虑，各发电机模型出力取值如下表所示：
2、负荷等值模型
永漢站 10kV 纯负荷线路为14回，35kV负荷与水电机组合用线路2回，负荷等值模型按各线路丰水期最小负荷和枯水期最大负荷数据分别取值，线路运行功率因数根据历史用电情况按0.90～0.95考虑，如下表所示：
3、基波潮流模型
潮流计算仿真模拟的公用电网、小水电机组、永汉站负荷出线等值模型，分别依据电网实际数据和丰水期、枯水期发电出力特性和负荷实际大小等逐一构建。仿真计算模型如图1所示。
基波潮流计算模型主要内容如下：1）系统等值机：1 台（永汉站由岚影站侧供电，将岚影站侧视为系统等值机）;2）小水电机组：分别按丰水期机组最大出力和枯水期最小出力取值，详见表3发电机出力取值表;3）负荷：分别按丰水期最小负荷和枯水期最大负荷数据取值，详细见表4负荷取值表;4）无功补偿：永汉站#1、2 主变10kV侧各安装有两组电容器组，电容器总容量为2×2×5010 kvar;5）线路、电缆等线性元件详见图1所示。
4、电能质量考核点
电能质量考核点（PCC）：永汉站 10kV I、II 段母线和 35kV I 、II 段母线。
短路容量：按国家电能质量标准相关规定，计算时采用系统小方式对应的最小短路容量。
电能质量考核点最小短路容量：1）220kV 岚影站 110kV 最小短路容量 1154.4MVA;2）永汉站 10kV I、II 母最小短路容量 184.376MVA;3）永汉站 35kV I、II 母最小短路容量 293.89 MVA。
综上所述，ETAP电网仿真建模如图1所示：
图1 永汉站片区电网仿真计算模型图
三、ETAP电网仿真计算结果
根据以上建模，对永汉站片区电网进行仿真计算，计算结果如下图表所示：
仿真结算结果表明：设定计算条件小水电机组出力按丰水期最大值、线路负荷按丰水期最小值考虑，永汉站10kV I、II、III段母线均出现电压正偏差，10kV电压正偏差计算结果略大于历史最大值。按设定计算条件小水电机组出力按枯水期最小值、线路负荷按枯水期最大值考虑，永汉站10kV I、II、III段母线均出现电压负偏差， 10kV电压负偏差计算结果略低于历史最小值。仿真计算结果具有指导性意义。
四、无功优化方案
近期在永汉站 10kV II 段母线安装一台10Mvar感性无功补偿装置，远期在10kV I 段母线安装一台10Mvar感性无功补偿设备，仿真计算结果分别如下图表所示：
仿真计算结果表明：采用在10kV II母加装一台10Mvar容量的感性补偿装置，能将永汉站10kV II母线电压降至10.66kV，与不加感性无功补偿设备相比，治理效果明显;远期在10kV I、II段母线各加装一台10Mvar容量的感性补偿装置，能将永汉站10kV I、II母线电压分别降至10.596kV、10.628kV，治理效果显著。
五、结语
本文通过对惠州地区110kV永汉变电站小水电上网情况分析，建立ETAP电网模型，根据仿真计算结果，首先验证了电网仿真建模的正确性。在此基础上，提出了较为合理的片区无功优化建设方案，并验证其正确性。研究方法具有可重复操作性。
参考文献
[1]高歌，刘毅力，马龙涛，黄永健.ETAP在110kV终端变电站无功补偿配置上的应用[J].国外电子测量技术，2019（10） .
[2]李毅强.变电站谐波分析与治理方法研究[D].华南理工大学，2016.