分布式電源對配電網(wǎng)過電壓的影響分析

黃志峰

摘 要：由于分布式發(fā)電裝置的應用，配電網(wǎng)逐漸變?yōu)橛性喘h(huán)網(wǎng)，為電力系統(tǒng)安全運作設定了更高標準。文章簡要分析了分布式電源對配電網(wǎng)過電壓產(chǎn)生的影響，通過電磁暫態(tài)仿真軟件對變電站的配電網(wǎng)實行了分析驗證，且對其過電壓水平實行對比研究。試驗結論反映，分布式電源的種類和容量、負荷能力和參變量對過電壓的作用較大。

關鍵詞：分布式電源；鐵磁諧振；過電壓

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0102-02

分布式發(fā)電裝置和公共電力網(wǎng)連接，導致配電網(wǎng)越來越分散，電力客戶對大規(guī)模電廠與輸電線的需求降低，很大程度確保了電力網(wǎng)的靈活穩(wěn)定?？纱伺e同樣對電力網(wǎng)運作的安全性產(chǎn)生不利作用，所以分析分布式電源對配電網(wǎng)過電壓產(chǎn)生的影響得到了更多的重視，尤其是電力行業(yè)需關注的方面。

1 儀用變壓器鐵芯飽和導致的鐵磁諧振現(xiàn)象

將分布式電源接入配電網(wǎng)后，為監(jiān)控分布式電源輸出電壓，往往于其接入部位安裝電壓互感器，特殊情況下，電壓互感器的非線性脈沖變壓器的初級電感和輸電線中雜散電容形成鐵磁諧振現(xiàn)象。變壓器勵磁電抗降低，當出現(xiàn)單相接地，極易造成鐵磁諧振現(xiàn)象，因此分布式電源連接配電網(wǎng)，電壓互感器易出現(xiàn)鐵磁諧振情況。仿真試驗時，單相接地發(fā)生后0.l s解除，解除瞬時出現(xiàn)了鐵磁諧振現(xiàn)象，對比可得，分布式電源接入之前，若出現(xiàn)鐵磁諧振同樣會消減直到徹底消除，分布式電源接入之后，若出現(xiàn)鐵磁諧振，鐵磁諧振會更加強烈，所以，分布式電源接入的時候，要遏制鐵磁諧振的過電壓現(xiàn)象。

2 感應發(fā)電機自激過電壓現(xiàn)象

分布式電源與輸電線的負載和主要電網(wǎng)斷絕，形成孤島，遭到負荷水平與無功功率補償容量作用，發(fā)電系統(tǒng)運行狀況和輸出電壓、頻率均會產(chǎn)生改變。為研究方便且具備普遍性，應用感應發(fā)電機優(yōu)化等值電路，不計主磁路的磁場變化而形成的次級磁路中電阻值，處于孤島系中的感應發(fā)電機，若配電系統(tǒng)內(nèi)的無功功率補償容量充足但負荷水平較低，則會形成感應發(fā)電機自激過電壓現(xiàn)象。仿真實驗反映，感應發(fā)電機的分線和主電網(wǎng)實行解列措施，產(chǎn)生孤島，且針對分線負載變壓器從電機不帶負載設備的情況下運轉至額定工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)實運作過程中，孤島的負載種類并不相同，分布式電源運作情況也有所影響，配網(wǎng)負荷無差異的前提下，功率相位差因數(shù)更大，感應發(fā)電機和主網(wǎng)解列措施之后自激過電壓振幅就更大。仿真結論反映：當負荷與發(fā)電機發(fā)電使相同或相近的情況下，發(fā)電機依然可以持續(xù)工作一些時間，重負荷工作情況中，發(fā)電機發(fā)電較低，會停止工作，輕負荷狀態(tài)下，發(fā)電機出現(xiàn)諧振，形成自激過電壓?，F(xiàn)實工作下，負荷的波動為上下形式，形成孤島之后，感應發(fā)電機形成自激過電壓或者停止，就算系統(tǒng)電壓無改變，電壓互感器正常，可頻率或許已出現(xiàn)改變，若負荷開關閉合斷路器，由于不屬于同步對電力網(wǎng)和發(fā)電機形成障礙。因此，分布式電源接入配電網(wǎng)，科學采用無功功率補償容量，安排切實的孤島保障方案格外關鍵。

3 單相接地故障造成的諧振過電壓

分布式電源接入配電網(wǎng)后，若出現(xiàn)單相接地故障，發(fā)電機電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用和無功功率補償產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，發(fā)電機出現(xiàn)單相接地故障導致主網(wǎng)端跳閘，分布式電源和故障部位同主電網(wǎng)解列，形成孤島。轉子轉速與定子旋轉磁場的轉速相同的交流發(fā)電機當成分布式電源接入配電網(wǎng)中，客戶為提升發(fā)電成效，通常實行無功功率補償以提升同步發(fā)電機工作的功率相位差因數(shù)。如果保證無功功率補償電容無改變，更高同步發(fā)電機容量的情況下，出現(xiàn)單相接地之后形成的諧振過電壓最大瞬時值同樣出現(xiàn)改變，因此，分布式電源的容量、發(fā)電機參變量以及輸電線路的電容更搭配合理，形成諧振過電壓最大瞬時值更高。如果負載變壓器存在導線、電纜和電氣設備中通過的功率和電流，因其阻尼對能量的作用，諧振稍有降低，可當負荷低于或者相近發(fā)電機容量，依然形成大峰值諧振過電壓。仿真試驗結論反映，單相接地導致的諧振現(xiàn)象往往形成較大諧振過電壓，盡管分布式電源端往往安裝保護器件，可因此類過電壓可以于極短時間造成大峰值過電壓，尤其負載變壓器電機不帶負載設備的情況下運轉或者輕載運行階段，問題出現(xiàn)之后的周期造成十幾倍或幾十倍峰值過電壓，對發(fā)電機或其他設備的損害嚴重。

4 分布式電源支撐的孤島鐵磁諧振

4.1 孤島出現(xiàn)鐵磁諧振

分布式電源和主網(wǎng)解列產(chǎn)生孤島時，因電容與分布式電源激勵，當孤島電壓高于變壓器飽和電壓，變壓器在空載時的等效阻抗因飽和而迅速降低，和無功功率補償產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象。此現(xiàn)象不需單相接地故障引起，在分布式電源支持三相電壓單一電網(wǎng)中均會出現(xiàn)，且應用所有分布式電源的變壓器連接模式均可造成如上問題。研究發(fā)現(xiàn)，孤島出現(xiàn)如上鐵磁諧振需存在以下幾點：

①主電網(wǎng)出現(xiàn)解列，分布式電源處于孤島。

②孤島具備補償電容，一般可于分布式電源額定發(fā)電功率的30%～40%之間。

③配電網(wǎng)內(nèi)安裝具備勵磁飽和變壓器，作為非線性的電感功能。

④發(fā)電機運行需高于孤島負荷。此類鐵磁諧振關鍵為負荷水平狀態(tài)，由于其能夠吸取能量消除諧振。尤其高負荷水平狀態(tài)，電壓水平低于變壓器飽和電壓，無法形成勵磁飽和，則不會出現(xiàn)鐵磁諧振現(xiàn)象。

4.2 規(guī)劃與加裝分布式電源

分布式電源接入配電網(wǎng)后，連接分布式電源都位置負荷跳閘，分布式電源和主網(wǎng)出現(xiàn)解列，組成包含無功功率補償、變壓器以及負荷的孤島，由于分布式電源的容量和種類、負荷水平和參變量的作用，這個孤島電網(wǎng)或許會出現(xiàn)鐵磁諧振現(xiàn)象。為了論證結果是否正確，針對不同參變量情況的諧振過電壓實行仿真試驗比較，結果反映出，分布式電源先后為同步和異步發(fā)電機連接，由于變壓器飽和效應形成的諧振過電壓存在差異。仿真結果能夠看出，分布式電源容量不存在差異時，感應發(fā)電機作為分布式電源時形成鐵磁諧振的現(xiàn)象顯著高于轉子轉速與定子旋轉磁場的轉速相同的交流發(fā)電機。此外，分布式電源容量、無功功率補償電容狀態(tài)和負荷水平對形成孤島鐵磁諧振作用較大。其中，分析結論反映，規(guī)劃與加裝分布式電源時需重視如下幾點。

①分布式電源通常選擇于負荷相對集中部分，能夠切實遏制過電壓現(xiàn)象，盡可能防止配電網(wǎng)出現(xiàn)問題時分布式電源空載或者輕載情況。

②安裝分布式電源補償電容，補償容量需盡可能方式處于容易出現(xiàn)諧振的部位。

③分布式電源的配電網(wǎng)，安裝反孤島繼電監(jiān)控裝置，可以遏制過電壓現(xiàn)象。

④分布式電源分配頻率，安裝電壓監(jiān)視系統(tǒng)，若分布式電源頻率和電壓出現(xiàn)撫掌，切斷電源。

5 結 語

本文簡要分析了分布式電源對配電網(wǎng)過電壓造成的影響，通過電磁暫態(tài)仿真軟件，針對分布式電源并入后造成的各類過電壓現(xiàn)象實行了分析論證，且針對各類參變量狀態(tài)下的過電壓水平實行了數(shù)據(jù)對比。所以，在分布式電源工作階段建立合理的監(jiān)視與保護方案，可以切實消除影響。

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