分布式電源的網(wǎng)絡(luò)無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化

前言

近年來(lái)，隨著各地相關(guān)的環(huán)保節(jié)能措施的相繼實(shí)施，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注環(huán)境惡化和能源緊缺問(wèn)題。電力行業(yè)大容量電網(wǎng)承擔(dān)了全世界90%以上的電力負(fù)荷供電，但同時(shí)也暴漏了一些問(wèn)題，如：電網(wǎng)不能靈活的跟蹤負(fù)荷的變化、對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)輸電成本過(guò)高；局部事故往往導(dǎo)致大面積停電等。

一、分布式電源發(fā)展對(duì)配電網(wǎng)的作用與影響

1.1分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)能效果好

相比較傳統(tǒng)大電網(wǎng)電源，分布式電源靠近用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)，因而網(wǎng)損降低明顯。同時(shí)分布式電源則能夠提供多種形式的能量，是典型的“冷、熱、電”三聯(lián)產(chǎn)，能實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，符合“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的原則，從而大大提高了能源的總體利用效率。

（2）環(huán)境污染少

分布式電源以天然氣、輕油等清潔能源和風(fēng)力、水力、潮汐、地?zé)岬瓤稍偕茉礊榘l(fā)電原料，能夠減少二氧化碳、一氧化碳、硫化物和氮化物等有害氣體的排放。同時(shí)，由于分布式能源系統(tǒng)發(fā)電的電壓等級(jí)比較低，電磁污染比傳統(tǒng)的集中式發(fā)電要小得多。

（3）可靠性高

在建設(shè)大型電廠(chǎng)的趨勢(shì)有增無(wú)減之時(shí)，電網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)供電的安全與穩(wěn)定帶來(lái)很大威脅，一旦電廠(chǎng)和輸電通道發(fā)生故障，將可能導(dǎo)致大面積停電。分布式電源采用性能先進(jìn)的控制設(shè)備，開(kāi)停機(jī)方便、操作簡(jiǎn)單、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活，與大電網(wǎng)配合可大大提高供電可靠性，彌補(bǔ)其安全穩(wěn)定性方面的不足，在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害情況下可維持重要用戶(hù)的供電[1]。

1.2分布式電源對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響

（1）加大了規(guī)劃區(qū)電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)難度。由于規(guī)劃區(qū)內(nèi)用戶(hù)可根據(jù)自身實(shí)際需要安裝和使用分布式電源，為自身及規(guī)劃區(qū)其他用戶(hù)提供電源，這些分布式電源與電力負(fù)荷相抵消，從而對(duì)規(guī)劃區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)的模型產(chǎn)生影響。

（2）雖然分布式電源能減少或推遲配電系統(tǒng)的建設(shè)投資，但位置和規(guī)模不合理的分布式電源可能導(dǎo)致配電網(wǎng)的某些設(shè)備利用率低和網(wǎng)損增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)電壓的下降或出現(xiàn)過(guò)電壓，改變故障電流的大小、持續(xù)時(shí)間及其方向，還可能影響到系統(tǒng)的可靠性。

（3）配電網(wǎng)規(guī)劃是一個(gè)動(dòng)態(tài)多目標(biāo)的非線(xiàn)性整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，其動(dòng)態(tài)屬性與其維數(shù)相關(guān)聯(lián)，通常需同時(shí)考慮幾千個(gè)節(jié)點(diǎn)，若規(guī)劃區(qū)內(nèi)再出現(xiàn)許多分布式電源，將使尋找最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)布置方案更加困難。

二、分布式電源的無(wú)功電力補(bǔ)償

2.1無(wú)功電源

（1）風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功電力補(bǔ)償

a）在風(fēng)電場(chǎng)集中加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置：風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功電源包括風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具備協(xié)調(diào)控制風(fēng)電機(jī)組和無(wú)功補(bǔ)償裝置的能力，能夠自動(dòng)快速調(diào)整無(wú)功總功率。首先充分利用風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功容量及其調(diào)節(jié)能力，僅靠風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功容量不能滿(mǎn)足系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)需要的，在風(fēng)電場(chǎng)集中加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置[2]。

b）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)：風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)的連續(xù)調(diào)節(jié)以控制并網(wǎng)點(diǎn)電壓，其調(diào)節(jié)速度應(yīng)能滿(mǎn)足電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的要求。

（2）無(wú)功容量

a）風(fēng)電場(chǎng)在任何運(yùn)行方式下，應(yīng)保證其無(wú)功功率有一定的調(diào)節(jié)容量。該容量為風(fēng)電場(chǎng)額定運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)0.98（超前）～0.9（滯后）所確定的無(wú)功功率容量范圍。

b）風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)，保證風(fēng)電場(chǎng)具有在系統(tǒng)事故情況下能夠調(diào)節(jié)并網(wǎng)點(diǎn)電壓恢復(fù)至正常水平的足夠無(wú)功容量。

c）百萬(wàn)千瓦級(jí)及以上風(fēng)電基地，其單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率調(diào)節(jié)容量為風(fēng)電場(chǎng)額定運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)0.97（超前）～0.97（滯后）確定的無(wú)功功率容量范圍。

d）通過(guò)風(fēng)電匯集升壓站接入公共電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，其配置的容性無(wú)功補(bǔ)償容量能夠補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)滿(mǎn)發(fā)時(shí)送出線(xiàn)路上的無(wú)功損耗；其配置的感性無(wú)功補(bǔ)償容量能夠補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)空載時(shí)送出線(xiàn)路上的充電無(wú)功功率。

2.2光伏電源無(wú)功電力補(bǔ)償

（1）光伏電站合理的功率因數(shù)控制范圍

a）光伏電站的功率因數(shù)：光伏電站的功率因數(shù)（PF）可由發(fā)電站輸出總有功功率與總無(wú)功功率計(jì)算而得，其計(jì)算公式為[3]：

式中 為電站輸出總有功功率； 為電站輸出總無(wú)功功率。

b）小型光伏電站：小型光伏電站輸出有功功率大于其額定功率的50%時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)不小于0.98（超前或滯后），輸出有功功率在20%～50%之間時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)不小于0.95（超前或滯后）。

c）大型和中型光伏電站：大型和中型光伏電站的功率因數(shù)應(yīng)能夠在0.98（超前）～0.98（滯后）范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。大型和中型光伏電站參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的方式包括調(diào)節(jié)光伏電站的無(wú)功功率、調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投入量以及調(diào)整光伏電站升壓變壓器的變比等。在進(jìn)行光伏電站接入系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)研究其無(wú)功補(bǔ)償類(lèi)型、容量以及控制策略等。

（2）無(wú)功電源

光伏電站應(yīng)充分利用并網(wǎng)逆變器的無(wú)功容量及調(diào)節(jié)能力，當(dāng)并網(wǎng)逆變器的無(wú)功容量不能滿(mǎn)足系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)需要時(shí)，應(yīng)在光伏電站配置無(wú)功補(bǔ)償裝置，并綜合考慮光伏電站各種出力水平和接入系統(tǒng)后各種運(yùn)行工況下的暫態(tài)、動(dòng)態(tài)過(guò)程，配置足夠的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量。

光伏電站集中加裝的用于補(bǔ)償無(wú)功的無(wú)功補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、同期調(diào)相機(jī)、靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

（3）無(wú)功補(bǔ)償裝置配置

a）為降低光伏電站接入后的出力波動(dòng)引起的電網(wǎng)電壓變化、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、防止電壓崩潰、提高輸送容量.宜在光伏電站加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

b）光伏電站應(yīng)根據(jù)光伏電站實(shí)際情況.如安裝容量、安裝型式、站內(nèi)匯集線(xiàn)分布、送出線(xiàn)路長(zhǎng)度、接入電網(wǎng)情況等，進(jìn)行無(wú)功電壓專(zhuān)題研究后確定無(wú)功補(bǔ)償裝置配置。在電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，光伏電站的無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)適應(yīng)電網(wǎng)各種運(yùn)行方式變化和運(yùn)行控制要求。

c）光伏電站應(yīng)配置無(wú)功電壓控制系統(tǒng)，根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)指令.自動(dòng)調(diào)節(jié)其發(fā)出（或吸收）的無(wú)功功率，控制光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，其調(diào)節(jié)速度和控制精度應(yīng)能滿(mǎn)足電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的要求。

結(jié)語(yǔ)

從整個(gè)世界能源結(jié)構(gòu)、電力需求和電力工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，分布式電源將在電能生產(chǎn)中占有越來(lái)越重要的地位。分布式發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用將帶來(lái)現(xiàn)有電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化，形成集中發(fā)電的大電網(wǎng)與分布式發(fā)電的微型電網(wǎng)相結(jié)合的新型電力系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。需要注意的是，在分布式電源接入到配電網(wǎng)中時(shí)，要建立合理優(yōu)化的無(wú)功補(bǔ)償模型，并對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化進(jìn)行深入研究，得到最優(yōu)的控制策略，這樣才能確保配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]趙晶晶，李新等.含分布式電源的三相不平衡配電網(wǎng)潮流計(jì)算[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（3）：94-98.

[2]陳海焱，陳金富，段獻(xiàn)忠.含風(fēng)電機(jī)組的配網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，28（7）：40-45.

[3]王賽一.分布式電源及對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的影響[J].上海電力，2012，19（5）：515-518.

（作者單位：1.上海交通大學(xué)、國(guó)網(wǎng)上海松江供電公司；2.上海申能臨港燃機(jī)發(fā)電有限公司；3.上海交通大學(xué)）

作者簡(jiǎn)介

周妮娜（1984年-），女，工程師，上海交通大學(xué)電氣工程專(zhuān)業(yè)在職研究生，現(xiàn)就職于國(guó)網(wǎng)上海松江供電公司，從事繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)工作。