小電源并網對電力系統潮流及穩定性影響分析

張強

摘 要：小電源一般安裝在用戶現場或者靠近用戶現場處，以滿足特定用戶的需求，或者支持配電網的經濟運行。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。但是對系統而言，會帶來一系列問題。其中，小電源對電網潮流和穩定性的影響就是主要問題之一。該文從潮流計算的角度對小電源并入電力系統后所帶來的潮流和穩定性影響問題進行了分析。小電源運行狀態的不同，對系統潮流的改變和穩定性影響的作用也各不相同，因此需要調度部分根據系統當前的特征調整小電源的運行狀態，以達到改善節點電壓、降低線路損耗、提高供電可靠性、增強系統穩定性的目的。總體而言，小電源的并入無論對用戶，還是對電網都是有積極意義的，前提是要選擇好小電源的類型，根據系統負荷狀況調整其運行特性。

關鍵詞：小電源 潮流 電力系統 穩定性

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

小電源指容量相對較小的發電單元（一般小于兆瓦級），一般安裝在用戶現場或者靠近用戶現場處，以滿足特定用戶的需求，或者支持配電網的經濟運行。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。但是對系統而言，會帶來一系列問題。其中，小電源對電網潮流和穩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進行潮流計算，分析小電源并入對電力系統潮流變化和穩定性帶來的問題。

小電源的接入對系統穩定性產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進行潮流分析。穩定性包括靜態穩定和暫態穩定，同時又可以分為相角穩定和電壓穩定。小電源的供電半徑相對較小，負荷幾乎都集中在電廠相應的電壓等級的母線上，所以一般認為小電源系統運行不存在暫態穩定問題，但是如果大量的分散電源接入電網，則應當考慮暫態穩定問題。但在該文中暫不考慮暫態穩定性問題。

1 對包含小電源的系統潮流計算

圖1中列出了含有一個小電源的部分配電網絡，該網絡通過母線S與輸電系統相連接，小電源連接在母線D上。系統參數見表1。

首先計算系統帶最大負荷、不接入小電源的情況下，網絡中各節點電的壓和潮流。計算結果如圖2所示，S母線連接的是無窮大系統，電壓為標稱電壓pu，由于使用了有載調壓，母線B的電壓幅值也為1pu。可以看到，雖然使用了有載調壓，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。

如果最大負荷下，小電源以功率因數1工作并接入電網，送出有功功率20MW，此時網絡的潮流分布將發生變化，計算結果如圖3所示。由于有了小電源的支持，節點電壓狀況得到了明顯的改善，由于小電源靠近負荷，可直接給負荷供電，使得線路傳輸的功率減少，從而減少了系統損耗。

如果要進一步減小線路損耗，改善電壓狀況，可以改變小電源的功率因數，使其發出一部分無功。設小電源在功率因數0.95下工作，發出20MW有功功率的同時，發出 6.6MVAr的無功功率，此時系統接點電壓情況進一步得到改善。計算結果如圖4所示。

當小電源進相運行或表現為感應電機時，將從系統吸收無功功率，與小電源功率因數為1的情況相比較，系統的電壓狀況惡化，損耗增大。計算結果如圖5所示。

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

2 對穩定性的影響分析

對小電源本身來講，由于它的容量非常小，很難影響到系統的穩定性。在暫態穩定分析中，一般不考慮小電源的暫態特性，只是把它當作一個負的負荷。配網中發生故障以后，電壓下降，小電源與系統解列，然后等待與系統重新并網。為了防止小電源的頻繁投切，就要保證在遠方故障時小電源不解列。但是小電源與配網的連接都比較薄弱，配網的跳閘時間又很長，很難保證在遠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，在系統受到大干擾時要為系統提供功率支持，此時就必須要考慮它的暫態穩定性。在單機-無窮大系統中，常采用等面積法則來判斷系統的暫態穩定性。而在大量小電源接入的系統中，由于小電源之間存在動力學關系，對不同位置的故障電源的響應不同，所以需要采用其他的方法，使用一些專用軟件來進行分析。對小干擾穩定性，一般采用特征值等方法，對暫態穩定，則常采用非線性時域仿真來分析。

系統故障不但會影響系統網絡的穩定性，還會影響小電源本身的穩定性。IG的質量慣性常數大，電抗值小，能夠增大系統的阻尼，減緩系統受到干擾后的響應；SG的慣性常數小，電抗值大，減小了系統的阻尼，增加了系統受到干擾后的變化的偶然性，不利于系統穩定性，而且由于慣性常數小，自身的不穩定性也增加了。

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

3 結語

該文從潮流計算的角度對小電源并入電力系統后所帶來的潮流和穩定性影響進行了分析。小電源運行狀態的不同，對系統潮流的改變和穩定性影響的作用也各不相同，因此需要調度部分根據系統當前的特征調整小電源的運行狀態，以達到改善節點電壓、降低線路損耗、提高供電可靠性、增強系統穩定性的目的。總體而言，小電源的并入無論對用戶，還是對電網都是有積極意義的，前提是要選擇好小電源的類型，根據系統負荷狀況調整其運行特性。

參考文獻

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