哥伦比亚电力系统中发电机的无功能力试验

摘要

当今电力系统面临着越来越多的来自各方的压力，其中包括电网扩大的困难，用电需求不断增长，及缺乏适宜的调整构架来鼓励新的输配电工程的投资。在哥伦比亚，这种现象迫使电力系统接近极限运行，因此主要的公用电力公司和独立系统操作者（XM）开始立项来确定主要发电机的实际动态和静态无功能力。一旦这项工作完成，基于完整的电力系统模型的电网规划和安全评价将会对发电机提供电压支持和电力系统稳定性的实际能力给出更好的确认。一年多以来，专业委员会研究了发电机无功功率的产出和吸收，掌握了构成同步发电机出力曲线的不同限值，其中包括转子绕组、定子铁心、辅机系统以及发电机稳定性所要求的限值，最终提出一个具体的协议用于无功能力试验。此协议有两个主要的目的：通过识别发电机实际的安全运行区域来重新定义出力曲线，并按照所划定的标准来调节过励和欠励限制器，使之与出力曲线一致。通过定义欠励和过励限制器调节标准，可以使发电机组吸收和产出最多的无功功率，而无需要降低发电机及其相关设备的安全性和整体性。了解发电机实际吸收和产出无功功率能力的一个直接获益是因为维持电压而发电所带来的运行成本的降低。也就是说，如果发现一组发电机的无功能力超出了起初申报的值，那么因为有过剩的无功发电能力，对该地区要求的最少联网发电量计算值会减少。另一个收益是改善了电网规划，现在更接近电力系统的实际运行条件，减少了高成本的无功资源设备的购买，并且由于了解了电力系统的实际需求，减小了电压跌落的风险。最近已在两座电厂按照该协议进行了试验，一个是1200MW的水电厂，另一个是790MW的火电厂，证明了其一致性和可信性。目前，此协议已被用作全哥伦比亚所有中央调度发电机进行此类试验的通用协议和“标准”。本文描述了该协议的形成过程，以及表明其在电力系统中适用性的现场试验结果。考虑到发电机控制有效模型的可用性，并预计相量测量单元在哥伦比亚电力系统中的广泛应用，有望在不久的将来可以根据并网的全部机组的实际出力曲线实现运行点的实时监测。这样，电厂运行人员不再担心机组运行在重新定义的实际出力曲线中的不同点，并且有助于电力系统运营者掌握每个时刻无功功率的实际储备量。通过此信息还可以实时了解电压稳定性的裕度，并且在需要的时候采取预防措施。