【導讀】如何將分布式發(fā)電安全可靠地并入配電系統(tǒng),直接關(guān)系到分布。網(wǎng)后對系統(tǒng)電壓的影響研究就顯得非常重要。

　　

【正文】 出的無功功率增加 ,反之 ,則減少。因此當發(fā)電機輸出的無功功率達到上限或下限時 ,發(fā)電機機端電壓就無法再改變 ,導致調(diào)壓失敗。對于由發(fā)電機直接供電的負荷 ,如果供電線路不長、電壓損耗不大 ,通過發(fā)電機調(diào)壓一般就能滿足負荷的電壓要求。但如果電壓等級不一致 ,要經(jīng)過多級變壓才能向負荷供電時 ,僅用發(fā)電機調(diào)壓 ,往往不能滿足負荷的電壓要求 。 (3)改變變壓器變比調(diào)壓 1）利 用變壓器分接頭調(diào)壓 。2）利用有載調(diào)壓變壓器調(diào)壓 。3）利用加壓調(diào)壓變壓器調(diào)壓。只有當系統(tǒng)無功功率電源容量充足時 ,用改變變壓器變比調(diào)壓才能奏效 。 (4)應用無功功率補償裝置調(diào)壓 第 31 頁 線路電壓和線路輸送的無功功率密切相關(guān) [23]。在線路合適的位置補償適量的無功功率 ,相當于減少了線路輸送的無功功率 ,從而減少線路損耗 ,提高線路電壓。當系統(tǒng)負荷發(fā)生變化時 ,可改變無功功率輸出 ,使負荷電壓保持在允許范圍內(nèi)。改變無功功率是通過調(diào)節(jié)無功功率補償裝置輸出的無功功率來實現(xiàn)的。常用的無功功率補償設(shè)備有并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器和靜止補償器等 。目前線路中使用較多的是并聯(lián)電容器。它分散安裝在幾個用戶處和一些降壓變壓所的 10kV 或 35kV 母線上 ,使線路的電壓損耗和功率損耗都得到減小。當負荷處于峰值時 ,在合適的地點對無功功率進行補償 ,可以提高電壓水平 。當負荷較低 ,線路處于輕載時 ,可以切除部分并聯(lián)電容器或并聯(lián)電抗器 ,可以防止局部電壓過高。由于負荷等的變化引起電壓的波動時 ,并聯(lián)電容器及并聯(lián)電抗器不能及時的調(diào)整電壓 ,通常采用靜止補償器。靜止補償器輸出的無功功率可以連續(xù)控制 ,系統(tǒng)電壓越上限時 ,吸收無功 。越下限時 ,發(fā)出無功。電力系統(tǒng)中的電壓水平與無功功率密切相 關(guān)。節(jié)點電壓有效值的大小對無功功率分布起決定作用。在不考慮輸電線的對地電容時 ,若從節(jié)點 i輸送到節(jié)點 j 的功率為 P+jQ,節(jié)點 i和節(jié)點 j 的電壓分別為 Ui和 Uj,節(jié)點 i和 j 之間的支路阻抗為R+jX,則節(jié)點電壓間的關(guān)系為 : 通常認為 X遠大于 R,故上式可近似看作和下式等效 電壓 U以還可寫成 : 比較上兩式 ,可以得到 : 一般認為輸電線路中兩端電壓的相位差占比較小 ,可以近似認為 ,此時可近似得出線路電壓和無功功率的關(guān)系。節(jié)點電壓的變化會使流過的無功功率發(fā)生變化 ,而無功 第 32 頁 功率也從電壓高的節(jié)點流向電壓低的節(jié)點。節(jié)點電壓和流經(jīng)線路的無功功率相互影響。由此可見 ,無功功率對電壓水平有決定性影響 :電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備吸收的無功功率 ,大多數(shù)與所加電壓有關(guān)。當系統(tǒng)出現(xiàn)無功功率缺額時 ,即無功電源不能提供足夠的無功功率時 ,系統(tǒng)所接的負荷的電壓將下降 ,減少其向系統(tǒng)吸取的無功功率 ,才能獲得無功功率平衡。 無功補償裝置 靜止無功功率補償指阻抗固定 ,其補償容量不能實時跟蹤負荷無功功 率的變化 ,主要是用于提供固定無功功率補償容量的一種無功功率補償方式。無功功率接入系統(tǒng)的方式有兩種 :并聯(lián)和串聯(lián)。并聯(lián)補償方式因為接線簡單、操作方便、對系統(tǒng)可靠性影響小而廣泛使用 ,因此本文運用并聯(lián)補償方式對系統(tǒng)進行調(diào)壓。 并聯(lián)電容器是指并聯(lián)在系統(tǒng)里的電容器。并聯(lián)電容器可以安裝在全系統(tǒng)的各個點上 ,根據(jù)安裝的位置的不同可以分為個別補償、集中補償、分組補償、混合補償以及隨器補償和跟蹤補償?shù)榷喾N方式。個別補償又稱為“就地補償” (隨機補償 ),它就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功功率的需要量將單臺或多臺電容器組分散的與用電設(shè)備并接 。它與用電設(shè)備共用一套斷路器 ,也可以獨立使用一套斷路器 ,通過控制、保護裝置與用電設(shè)備同時投切。它通過控制、保護裝置與電機同時投切 ,既能提高線路的功率因數(shù) ,又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。它的特點是 :用電設(shè)備運行時 ,無功功率補償投入 ,用電設(shè)備停運時 ,補償設(shè)備也退出 ,因此不會造成無功功率倒送 。同時還具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。 配電網(wǎng)中的電壓水平和有功功率損耗很大程度上取決于配電網(wǎng)中的無功功率產(chǎn)生和流向。因此 ,高低壓線路中的無功功率補償裝置如何配置對提高電壓合格率和降低線損 至關(guān)重要。 配電網(wǎng)中的無功功率補償裝置的配置地點有三種類型 :一是在變電所母線上 。二是在10kV 線路中 。三是在用戶低壓端 [25]。因配置地點不同 ,無功功率補償效果是有區(qū)別的。10kV線路中的無功功率補償裝置目前一般是固定投入。這部分的無功功率補償容量是按補償 10kV線路的無功功率損耗和變壓器的無功功率損耗來確定的 ,無功功率補償容量不能太大 ,否則會造成線路低負載時 ,無功功率過補償 ,會增加線路損耗 ,也使電壓合格率降 第 33 頁 低。用戶低壓端無功功率補償裝置一般按照用戶無功負荷的變化自動投切補償電容器 ,可以做到不向高壓線路反送 無功功率電能。在配電網(wǎng)中 ,若各用戶低壓側(cè)配置了足夠的無功功率補償裝置 ,則可使配電線路中的無功電流最小 ,也使配電線路的有功功率損耗最小 ,這是最理想的效果。另外 ,線路中的無功電流小 ,也使線路壓降減少 ,電壓波動減少。 分布式發(fā)電并網(wǎng)調(diào)壓的仿真分析 由于配電網(wǎng)的線損占全網(wǎng)總損失的 70%左右 ,無功補償一般以分散補償為主 ,這樣可以有效的降低配電網(wǎng)的無功線損。配電網(wǎng)進行無功補償時 ,主要目的是為了達到無功功率就地平衡 ,減少網(wǎng)絡中的無功損耗 ,以降低線損。與此同時 ,也可以通過無功補償 ,對電壓進行適當?shù)恼{(diào)整 ,但這一般 是無功補償?shù)妮o助目的 ,通常無功補償要以降損為主 ,調(diào)壓為輔。配電網(wǎng)最優(yōu)無功補償?shù)哪康?,是按照線路無功線損降低到最小限度的原則 ,來確定線路上裝設(shè)電容器組的最佳位置和最優(yōu)補償容量。本文主要研究無功功率的調(diào)壓作用 ,為方便研究 ,采用就地補償方式。由文獻 [13]知 ,由于 DG的引入 ,使得補償位置、容量計算略有不同 ,按滿足運行 電壓確定補償容量 ,則當電壓越上限時 : ,整理得 : 電壓越下限時 , 整理得 : 其中 ,Xm、 Xn分別為補償點的線路電抗 , 、 為所需補償?shù)娜萘?,、 為配電線路允許的電壓偏差上下限 ,Um、 Un分別為調(diào)壓前補償點電壓。 本節(jié)將無功補償裝置分別安置在 DG接入位置、接入位置之前、接入位置之后 ,分析其對線路電壓的調(diào)整作用。 (1)分布式發(fā)電投入時的調(diào)壓 第 34 頁 本文只研究 DG投入時抬高電壓的情況。由 33節(jié)的分析可知 ,當 DG的容量一定時 ,它對接入點的電壓響應最大 ,為分析比較 ,先將 SVC 安置在 DG接入點 ,觀察其調(diào)壓效果。 圖 37 DG 投入運行時的調(diào)壓 由圖 37 看出當 DG 接入后 ,部分節(jié)點電壓越上限 ,有些節(jié)點也己接近上限 ,處于危險區(qū)域。對 DG節(jié) 點進行無功補償 ,使得各節(jié)點電壓滿足要求。經(jīng)仿真知 ,當補償點在 DG接入點之后并靠近線路末端時 ,若補償容量過大 ,會造成末端電壓越限 。補償容量小時 ,對前端節(jié)點的調(diào)壓作用又較小。由圖 37各條補償點位于 DG接入點之前的電壓曲線 ,可以看出當補償容量相同時 ,補償點越靠近線路前端 ,調(diào)壓作用越小 ,即節(jié)點電壓降低幅度越小。實際運行中補償點的具體位置和容量的選擇要遵循多種約束條件 ,考慮各種目標函數(shù) ,以尋求最優(yōu)解。 圖 24中可以看出 ,當 DG以總負荷的 60%接入節(jié)點 12和 29時 ,電壓嚴重超出允許范圍 ,對其調(diào)壓后的曲線如圖 38所 示。 第 35 頁 圖 38 23 節(jié) DG 接入后的調(diào)壓 (2)分布式發(fā)電退出時的調(diào)壓 當線路處于重載時 ,DG的退出會對部分節(jié)點電壓造成影響。設(shè)節(jié)點 n處接入一短時性負荷。圖 39為 DG處于各不同節(jié)點時的電壓情況?？梢钥闯霎?DG接入系統(tǒng) ,使得各個節(jié)點電壓都在允許范圍內(nèi) ,但當 DG 退出運行時 ,系統(tǒng)負荷若仍處于重載狀態(tài) ,將會使節(jié)點電壓嚴重下降 ,此時必須進行調(diào)壓。 圖 39 DG 退出運行時的電壓降落 第 36 頁 圖 310 DG 退出運行時的調(diào)壓 圖 310中 ,在負荷增長點 (節(jié)點 11)進行一定容量的補償 ,使各節(jié)點電壓符合要 求 ,然后保持這個補償容量不變 ,分別將補償點設(shè)為線路偏前端和線路偏后端 ,觀察節(jié)點電壓?？芍?,對某個節(jié)點進行一定容量的無功補償 ,可以有效的提高電壓。當補償容量一致時 ,補償點越接近線路末端 ,對電壓抬高越有效 ,對整個線路的電壓提高也有顯著作用 。補償點越靠近線路首端 ,對線路的電壓調(diào)整作用越弱 ,對其后的節(jié)點調(diào)整作用可能達不到要求 ,若增大補償容量又會造成部分節(jié)點電壓升高過多 ,超過限制 ,此時可以考慮多點補償。綜上所述 ,在配電網(wǎng)中安裝無功補償設(shè)備可以有效的達到調(diào)壓目的 ,但不同的安裝地點與不同的安裝容量產(chǎn)生的效益是不同的 ,在規(guī) 劃過程中應選擇合適的安裝地點與安裝容量才能在盡可能少的成木下獲得最大的補償收益 (即在滿足電壓、頻率、功率平衡等約束條件的前提下 ,使有功網(wǎng)損與電容器的各種投資費用在規(guī)劃期內(nèi)的總和最小化 ),這也是無功優(yōu)化的目標?，F(xiàn)在常將電容器與可控電抗器 TCR 配合使用 ,構(gòu)成靜止無功補償器 SVC(Static、 Var Compensation)。靜止無功補償器包括包括晶閘管控制電抗器 TCR(Thyristor Controlled Reactor)和晶閘管投切電容器 TSC(Thyristor Switched Capacitor),以及這兩者的混合裝置(TCR+TSC),或者晶閘管控制電抗器與固定電容器 Fc(Fixed Capacitor)或機械投切電容器MSC(Mechanically switched Capacitor)混合使用的裝置 (如 TCR+FC、 TCR+MSC 等 )[14]。 第 37 頁 晶閘管控制電抗器 TCR的補償原理為 :設(shè)電容器發(fā)出的無功功率為 ,電抗器吸收的無功功率為 ,則靜止補償器發(fā)出的無功功率為 。通常 可以連續(xù)調(diào)節(jié) ,當時 ,補償器發(fā)出無功功率 。當 必時 ,補償器吸收無功功率 ,通過控制系統(tǒng)的合理控制 ,就能根據(jù)實際情況自動調(diào)節(jié) 無功功率 ,使無功功率滿足當前需要 ,進而達到調(diào)整電壓的目的。靜止補償器的反應快速 ,對沖擊負荷的適應能力也較傳統(tǒng)無功補償裝置強 ,因此它在穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩種情況下都可以對無功功率進行調(diào)節(jié)。 本章小節(jié) 本文在第 2章潮流計算得出分布式電源對線路電壓影響的基礎(chǔ)上 ,建立了常用配電網(wǎng)饋線模型和分布式發(fā)電模型 ,結(jié)合理論分析 ,仿真分析了各種不同情況下分布式電源接入系統(tǒng)后 ,對系統(tǒng)各節(jié)點的電壓影響。討論了當分布式電源的容量、位置和功率因數(shù)對電壓的影響 ,并對分布式電源的接入位置與容量給出一定建議。最后 ,利用 SVC 對分布式電源投入 和退出運行時進行調(diào)壓 ,使電壓在允許范圍內(nèi) ,證明了利用無功補償裝置可對分布式電源并網(wǎng)運行的系統(tǒng)達到較好的調(diào)壓作用。 第 38 頁 4 結(jié)論 隨著分布式發(fā)電的發(fā)展 ,DG 與大型電力系統(tǒng)并網(wǎng)引起了人們的廣泛關(guān)注。中小容量的 DG 一般接入到配電網(wǎng)中。 DG 的引入對配電網(wǎng)的正常運行造成影響 ,其中包括有利的影響也包括不利的影響 ,其中重要的影響之一是對電壓的影響 ,本文就其接入配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)電壓影響做了研究 ,總結(jié)全文 ,主要工作和結(jié)論如下 :(l)利用編制的配電網(wǎng)潮流程序?qū)π∪萘?DG接入系統(tǒng)后的電壓分布做了初步分析 ,隨后建立分布式發(fā)電模型、配 電網(wǎng)及負荷模型 ,仿真研究 DG并網(wǎng)后對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響。由結(jié)果得知 ,DG的接入容量、位置和運行的功率因數(shù)都會影響電壓分布。而 DG 的接入會改變其接入點之前節(jié)點電壓的曲線 ,對其接入點之后節(jié)點電壓曲線并沒有影響 ,只是由于 DG 的接入使得接入點電壓升高 ,從而也使其后的節(jié)點電壓相應升高。同時結(jié)合理論分析 ,定性的對 DG的接入位置給出了建議。 (2)DG的接入與退出可能會使得某些節(jié)點電壓越上限或下限 ,此時需要對其進行調(diào)壓。本文將無功補償裝置引入配電網(wǎng)模型 ,仿真其對 DG造成的電壓越限的電壓調(diào)節(jié)作用 ,達到了較為理想的結(jié)果。由 于水平有限 ,結(jié)合本文已做工作 ,對下一階段值得研究的問題作如下思考和展望 :本文考慮的配網(wǎng)電壓等級較低 ,接入的 DG 容量也較小 ,采用的配網(wǎng)模型為單饋線模型 ,分布式電源接入數(shù)量為 1。但實際中配電網(wǎng)呈輻射狀 ,為了滿足不同優(yōu)化目標和約束條件 ,分布式電源的數(shù)量也會變化 ,這就涉及分布式電源的規(guī)劃問題 ,使得DG 接入后對電壓的影響更為復雜，另外本文只是對分布式電源作為同步發(fā)電機并網(wǎng)時對電壓的影響做了定性的分析 ,沒有考慮其通過逆變器形式并網(wǎng)時對電壓的影響。 第 39 頁 參考文獻 [1] 陳琳 .分布式發(fā)電接入電力系統(tǒng)若干問題的研究 [M].浙江大學博士學位論文 ,20xx [2] Loileilai,TzeFunChan 著 ,孔祥新等譯 .分布式發(fā)電一感應和永磁發(fā)電機 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,20xx [3] 吳玉蓉 ,劉會金 ,孫麗萍等 .電能質(zhì)量問題中的電壓跌落 [J].電力建設(shè) .20xx,(8):6467 [4] 余昆 ,曹一家 ,倪以信等 .分布式發(fā)電技術(shù)及其并網(wǎng)運行研究綜