摘要：本文对海南电网抽水蓄能机组的运行特性和调压能力进行了调研，对限制抽蓄机组调压能力的因素进行了分析。对2020年海南电网夏大、夏小、冬大和冬小4种典型方式下的220kV层面的无功平衡进行了量化分析，研究了抽蓄机组在不同工况下对近区电网的220kV母线电压的提升和降低效果，并对不同工况的提升效果进行了对比，最后提出了2020年夏大、夏小、冬大、冬小和春节节假日期间抽蓄电站的调压策略。
关键词：抽水蓄能机组；典型方式；无功平衡；调压策略
0 引言
抽水蓄能机组是一种具有四象限运行能力的水电机组，作为电力系统重要的调压资源，在发电和抽水工况下可以进相或迟相运行[1]。当电网侧感性无功或容性无功容量不足导致系统电压偏离目标范围时，能够及时调节系统电压在目标范围内。具有调峰、调频、调相、事故备用等特点，且反应快捷、运行灵活[2]。
为充分发挥抽水蓄能机组的技术优势，开展抽水蓄能机组对电网电压调节能力的研究工作具有重要意义。本文在详细说明了限制抽水蓄能机组调压能力的因素的基础上，深入研究了抽蓄机组在不同工况下对近区电网的220kV母线电压的提升和降低效果，并对不同工况的提升效果进行了对比，最后提出了2020年夏大、夏小、冬大、冬小和春节节假日期间抽蓄电站的调压策略，为海南电网在实际运行中提供一定的技术支持。
1 抽蓄电站机组技术特性
海南琼中抽水蓄能电站总装机容量600MW，调节性能为完全日调节（6h），建设型式为1洞3机（3×200MW）。琼中抽蓄电站投产后可缓解海南由于昌江核电机组投产带来的调峰问题，并承担海南电力系统的调频、调相、紧急事故备用和黑启动等任务，提高系统可靠性[3]。
2 海南电网无功平衡分析
2.1 抽蓄机组无功调节范围
对于机组的进相能力，本文依据之前的实验结果，得到1、3号机组的进相能力边界；对于机组的迟相能力，由于目前尚未开展完整的实验，暂考虑采用理论迟相能力作为边界。
海南电网提供的抽蓄机组功率特性的理论值，当机组处于发电工况下，迟相运行时功率因数高于0.95或进相运行时功率高于0.87，则机组有功和无功出力的极限在圆上，若功率因数低于上述值，则需按照PQ曲线运行。当机组处于抽水工况下，若机组有功为220MW时，则对应的最大进相和迟相能力都为63.5MVar。
2.2 2020年无功平衡分析
（1）容性无功平衡分析
本文对海南电网2020年夏大与冬大两种典型方式220kV层面的无功平衡进行分析，得到在电厂不进行迟相时的容性无功裕度。
夏大方式下，220kV主变下送无功需求相对偏大，不考虑电厂迟相能力时，各区域都不能实现220kV层面的无功平衡，存在较大容性无功缺口，但电厂总迟相能力可以满足系统的容性无功缺额。冬大方式下，负荷水平较夏大水平有所降低，且110kV水电厂处于汛期，发电水平较高，主变下送无功水平较夏大方式有所降低，系统容性无功缺口有所降低。
（2）感性无功平衡分析
在2020年夏小和冬小方式下，不计电厂进相能力时，海口、三亚和儋州片区电网都能实现220kV层面感性无功平衡，其中琼海片区的感性无功裕度较低，海口和儋州片区感性无功裕度较大。
3 抽蓄电站机组调压仿真分析
3.1 电压提升效果分析
以2020年夏大典型方式为基础，对电压提升效果进行分析。夏大方式下，海南电网统调计算负荷按5700MW考虑，抽蓄电厂3台机都处于停机状态，对不同工况下机组的调压能力进行分析。
（1）抽蓄机组发电迟相工况
在琼中抽蓄电站3台机有功满出力600MW运行时，通过调整发电机组无功出力，得到近区变电站220kV母线电压分布。系统电压提升水平和抽蓄电站所发无功出力呈近似线性关系，琼中抽蓄电站对对侧大成和塔洋站的调压效果较好，对于负荷中心海口地区的玉洲变则调压效果相对较差。
（2）抽蓄机组发电/抽水调相工况
在琼中抽蓄电站3台机组运行在发电调相或抽水调相工况下。对于负荷中心海口地区的玉洲变则调压效果相对较差，相同容量无功的电压提升情况与发电工况近似相同。
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（3）抽蓄机组抽水调相工况
抽蓄电站开1机进行抽水，若机组不发出无功，则近区电网220k母线电压有较大幅度跌落。在抽蓄电站发出约50MVar无功时，母线电压能基本恢复到初值。
3.2 电压降低效果分析
在2020年夏小方式下，海南电网统调负荷3700MW，抽蓄电厂3台机都处于停机状态。
（1）抽蓄机组发电进相工况
发电机组1台机满出力发电，若无功出力为0，则系统电压略有提升，近区站点电压提升幅值在0.1~0.2kV，机组进相10MVar时，各站点电压基本都能恢复到初值。
（2）抽蓄机组发电/抽水调相工况
抽蓄机组1台机发电或抽水调相运行，大成、塔洋电压调压效果基本相同，相同容量无功的电压降低情况与发电工况近似相同。
（3）抽蓄机组抽水进相工况
发电机组1台抽水迟相运行，系统电压随抽蓄电站所发无功增大而提升，电压降低斜率与发电工况和调相工况近似相同。
4 抽蓄电站调压策略研究
4.1 2020年夏大、冬大方式
在夏大典型运行方式下，存在较大的容性无功缺额，需要电厂迟相运行来提升系统整体电压水平[4]。在冬大典型方式下，海口、儋州和三亚片区存在容性无功缺口，但琼海片区的无功基本能够平衡。
（1）2020年夏大方式
夏大方式下，抽蓄电站需开2台机进行顶峰运行，琼州抽蓄2台机组共需发出无功70MVar。由机组PQ曲线可知，单台机组最大无功发出能力约为95MVar，单台机组仍有较大的无功备用裕度，此时各站点电压都在要求范围内。
（2）2020年冬大方式
2020年冬大方式下，抽蓄电站有功需求为0，无发电和抽水需求，若此种方式下抽蓄电站3台机组停机，220kV变电站低容低抗按要求投运，各电厂机端电压按额定电压控制，此时各站点电压都在要求范围内。故在2020年冬大方式抽蓄电站3台机全停时，在系统低容投入量较大时，系统220kV母线电压都能维持在要求范围内，无需再开机组进行调压。
4.2 2020年夏小、冬小方式
在夏小和冬小两种典型运行方式下，220kV变电站低抗投入90%情况下，不计机组迟相能力，各区域220kV层面无功都能平衡。
（1）2020年夏小方式
夏小方式下，抽蓄电站有功需求为0，若此时安排抽蓄电站3台机组停机，各站点电压都在要求范围内。故在抽蓄电站3台机全停情况下，在系统低容投入量较少时，系统电压都能维持在要求范围内，无需再开抽蓄机组进行调压。
（2）2020年冬小方式
冬小方式下，抽蓄电站有功需求为0，无发电和抽水需求，若此时抽蓄电站3台机组停机运行，各站点电压都在要求范围内。故在抽蓄电站3台机全停情况下，在系统低容投入量较低时，系统电压都能维持在要求范围内，无需再开抽蓄机组进行调压。
5 结语
本文对抽蓄电站在不同工况下对系统电压的提升和降低效果进行了对比研究，发电迟相工况和调相迟相工况对系统电压的提升效果更好，抽水进相对系统电压的降低效果更好。根据调压策略研究，在2020年夏大典型方式下，抽蓄电站需开2机进行顶峰，在系统220kV低容投入量占比约为90%时，抽蓄电站机组2机无功发出量约为70MVar，在机组的迟相范围内，不需额外开机进行调压。2020年夏小、2020年冬大、2020年冬小、2020年春节假期方式下抽蓄电站没有顶峰和调峰需求，不需抽蓄电站再单独开机进行调压。
参考文献：
[1]郝鑫杰，宋述勇，郑惠萍，刘新元，高宏，郝捷.抽水蓄能机组电动运行方式无功电压控制研究[J].大电机技术，2017（02）：56-59.
[2]陈文，崔一铂，游力，陶骞.抽水蓄能机组不同运行方式对电网电压调节作用的比较[J].水电与新能源，2014（12）：76-78.
[3]余文奇，彭波，郑秀波.压水堆核电机组负荷跟踪能力综述[J].中国能源，2011，33（3）：38-40.
[4]吴美景，王永明，杨少杰.海南核电站在大机小网中运行安全的研究和实践[J].中国核电，2018，11（01）：89-92.
论文作者:张田1,陈伟2,杨亚九2,吴芮3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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