小電源并網(wǎng)對電力系統(tǒng)潮流及穩(wěn)定性影響分析

張強(qiáng)

摘 要：小電源一般安裝在用戶現(xiàn)場或者靠近用戶現(xiàn)場處，以滿足特定用戶的需求，或者支持配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對用戶而言，小電源的存在提高了供電的可靠性，帶來很多便利。但是對系統(tǒng)而言，會帶來一系列問題。其中，小電源對電網(wǎng)潮流和穩(wěn)定性的影響就是主要問題之一。該文從潮流計(jì)算的角度對小電源并入電力系統(tǒng)后所帶來的潮流和穩(wěn)定性影響問題進(jìn)行了分析。小電源運(yùn)行狀態(tài)的不同，對系統(tǒng)潮流的改變和穩(wěn)定性影響的作用也各不相同，因此需要調(diào)度部分根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的特征調(diào)整小電源的運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到改善節(jié)點(diǎn)電壓、降低線路損耗、提高供電可靠性、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的?？傮w而言，小電源的并入無論對用戶，還是對電網(wǎng)都是有積極意義的，前提是要選擇好小電源的類型，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷狀況調(diào)整其運(yùn)行特性。

關(guān)鍵詞：小電源 潮流 電力系統(tǒng) 穩(wěn)定性

中圖分類號：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0046-02

小電源指容量相對較小的發(fā)電單元（一般小于兆瓦級），一般安裝在用戶現(xiàn)場或者靠近用戶現(xiàn)場處，以滿足特定用戶的需求，或者支持配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對用戶而言，小電源的存在提高了供電的可靠性，帶來很多便利。但是對系統(tǒng)而言，會帶來一系列問題。其中，小電源對電網(wǎng)潮流和穩(wěn)定性的影響就是主要問題之一。本文擬通過對包含小電源的電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算，分析小電源并入對電力系統(tǒng)潮流變化和穩(wěn)定性帶來的問題。

小電源的接入對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的主要原因是引起了潮流的變化，所以首先要對包含小電源的系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析。穩(wěn)定性包括靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定，同時又可以分為相角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定。小電源的供電半徑相對較小，負(fù)荷幾乎都集中在電廠相應(yīng)的電壓等級的母線上，所以一般認(rèn)為小電源系統(tǒng)運(yùn)行不存在暫態(tài)穩(wěn)定問題，但是如果大量的分散電源接入電網(wǎng)，則應(yīng)當(dāng)考慮暫態(tài)穩(wěn)定問題。但在該文中暫不考慮暫態(tài)穩(wěn)定性問題。

1 對包含小電源的系統(tǒng)潮流計(jì)算

圖1中列出了含有一個小電源的部分配電網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過母線S與輸電系統(tǒng)相連接，小電源連接在母線D上。系統(tǒng)參數(shù)見表1。

首先計(jì)算系統(tǒng)帶最大負(fù)荷、不接入小電源的情況下，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)電的壓和潮流。計(jì)算結(jié)果如圖2所示，S母線連接的是無窮大系統(tǒng)，電壓為標(biāo)稱電壓pu，由于使用了有載調(diào)壓，母線B的電壓幅值也為1pu?？梢钥吹?，雖然使用了有載調(diào)壓，線路末端D母線電壓仍然比較低，因此線路的損耗也比較大。

如果最大負(fù)荷下，小電源以功率因數(shù)1工作并接入電網(wǎng)，送出有功功率20MW，此時網(wǎng)絡(luò)的潮流分布將發(fā)生變化，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。由于有了小電源的支持，節(jié)點(diǎn)電壓狀況得到了明顯的改善，由于小電源靠近負(fù)荷，可直接給負(fù)荷供電，使得線路傳輸?shù)墓β蕼p少，從而減少了系統(tǒng)損耗。

如果要進(jìn)一步減小線路損耗，改善電壓狀況，可以改變小電源的功率因數(shù)，使其發(fā)出一部分無功。設(shè)小電源在功率因數(shù)0.95下工作，發(fā)出20MW有功功率的同時，發(fā)出 6.6MVAr的無功功率，此時系統(tǒng)接點(diǎn)電壓情況進(jìn)一步得到改善。計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

當(dāng)小電源進(jìn)相運(yùn)行或表現(xiàn)為感應(yīng)電機(jī)時，將從系統(tǒng)吸收無功功率，與小電源功率因數(shù)為1的情況相比較，系統(tǒng)的電壓狀況惡化，損耗增大。計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

如果系統(tǒng)帶最小的負(fù)荷，此時若小電源的發(fā)電容量大于本地負(fù)荷容量，小電源以額定容量、功率因數(shù)1工作時，潮流將反向。如圖6所示，配網(wǎng)將向輸電網(wǎng)中注入功率，此時小電源連接點(diǎn)處的電壓將大大升高，由于小電源只發(fā)出有功功率，本地有功功率剩余，系統(tǒng)吸收多余的有功功率，并提供無功支持。

2 對穩(wěn)定性的影響分析

對小電源本身來講，由于它的容量非常小，很難影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在暫態(tài)穩(wěn)定分析中，一般不考慮小電源的暫態(tài)特性，只是把它當(dāng)作一個負(fù)的負(fù)荷。配網(wǎng)中發(fā)生故障以后，電壓下降，小電源與系統(tǒng)解列，然后等待與系統(tǒng)重新并網(wǎng)。為了防止小電源的頻繁投切，就要保證在遠(yuǎn)方故障時小電源不解列。但是小電源與配網(wǎng)的連接都比較薄弱，配網(wǎng)的跳閘時間又很長，很難保證在遠(yuǎn)方的所有故障下小電源不解列。

如果小電源大量的接入系統(tǒng)，在系統(tǒng)受到大干擾時要為系統(tǒng)提供功率支持，此時就必須要考慮它的暫態(tài)穩(wěn)定性。在單機(jī)-無窮大系統(tǒng)中，常采用等面積法則來判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。而在大量小電源接入的系統(tǒng)中，由于小電源之間存在動力學(xué)關(guān)系，對不同位置的故障電源的響應(yīng)不同，所以需要采用其他的方法，使用一些專用軟件來進(jìn)行分析。對小干擾穩(wěn)定性，一般采用特征值等方法，對暫態(tài)穩(wěn)定，則常采用非線性時域仿真來分析。

系統(tǒng)故障不但會影響系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，還會影響小電源本身的穩(wěn)定性。IG的質(zhì)量慣性常數(shù)大，電抗值小，能夠增大系統(tǒng)的阻尼，減緩系統(tǒng)受到干擾后的響應(yīng)；SG的慣性常數(shù)小，電抗值大，減小了系統(tǒng)的阻尼，增加了系統(tǒng)受到干擾后的變化的偶然性，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且由于慣性常數(shù)小，自身的不穩(wěn)定性也增加了。

總的來說，小電源的接入提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。IG由于吸收一定的無功，對系統(tǒng)的作用不如SG好。

3 結(jié)語

該文從潮流計(jì)算的角度對小電源并入電力系統(tǒng)后所帶來的潮流和穩(wěn)定性影響進(jìn)行了分析。小電源運(yùn)行狀態(tài)的不同，對系統(tǒng)潮流的改變和穩(wěn)定性影響的作用也各不相同，因此需要調(diào)度部分根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的特征調(diào)整小電源的運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到改善節(jié)點(diǎn)電壓、降低線路損耗、提高供電可靠性、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的?？傮w而言，小電源的并入無論對用戶，還是對電網(wǎng)都是有積極意義的，前提是要選擇好小電源的類型，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷狀況調(diào)整其運(yùn)行特性。

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