新能源場站π 接或T 接已建線路對電網的影響對比分析

畢京斌，丁 斌，王佩玲

（山東魯中電力工程設計有限公司，山東 濟南 250100）

0 引 言

隨著全球能源轉型和可再生能源的快速發(fā)展，新能源場站成為電網體系中不可或缺的一環(huán)。作為連接新能源場站與電網的關鍵技術，π 接和T 接接入方式的選擇對電網的穩(wěn)定性、潮流分布以及保護與控制系統(tǒng)具有深遠影響。在推動新能源高效接入電網的背景下，文章旨在比較π 接與T 接的技術特性及其對電網運行的影響。通過深入分析，有助于優(yōu)化新能源并網方案，為保障電網安全穩(wěn)定運行提供理論指導，具有重要的理論價值和實踐意義。

1 技術原理

1.1 π 型接入方式的技術原理

π 型接入方式是一種將新能源發(fā)電站通過2 條傳輸線路斷開已有線路接入電網的結構設計。這種設計類似于π 的形狀，發(fā)電站在中點（即π 的底部）產生電力，然后通過2 條外側傳輸線路（即π 的2 邊）連接到電網的2 個不同點上。在電氣工程中，這種并聯(lián)接入可以看作是在電網2 點之間加了一個具有確定阻抗值的新電源，意味著電力可以從這個中間點以2條路徑被送往電網的其他部分。π 型接入方式的優(yōu)點在于能夠提供較好的電壓穩(wěn)定性和負載平衡能力。它允許電力在2 條傳輸線路上分配，因此有助于減輕單一線路的負載壓力，降低損失，并提高供電的可靠性[1]。

1.2 T 型接入方式的技術原理

T 型接入方式則是將新能源發(fā)電站直接接入電網的一條主干線上，形狀類似于字母“T”。這種方式是通過一條連接線將發(fā)電站接入主干線上的一個節(jié)點，使發(fā)電站產生的電力直接注入電網的該節(jié)點。T 型接入的好處主要是結構上的簡潔性，與π 型接入相比，需要的傳輸線路較少，并且工程實施起來更為直接、成本較低[2]。然而，由于電力是通過單點注入，要求主干線在接入點具有充足的接收能力，否則可能引起電壓波動或導致電網其他部分的負載不均衡。此外，T 型接入也可能對電網的保護和控制系統(tǒng)帶來額外的要求，因此需要確保故障時新能源發(fā)電站能夠迅速與電網解列，保障電網的穩(wěn)定性。

2 π 接和T 接性能對比

2.1 網絡穩(wěn)定性和可靠性

在電力系統(tǒng)中，π 接和T 接作為新能源并網的2 種方案，對網絡的短路容量和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響有著本質的不同。一方面，π 接方式提供了雙重接入點，通常能夠增加系統(tǒng)的短路容量。這是由于從2 個不同位置將發(fā)電功率注入系統(tǒng)，增強了系統(tǒng)的供電能力，從而在應對電網造成的突擊負載或發(fā)生短路時，π 接入的重復路徑能夠分擔更多的電流，有助于限制故障后的電壓跌落，提高了電網的整體穩(wěn)定性[3]。此外，π 接可以通過其雙入口特性在發(fā)生故障時提供一定程度的備用路徑，增強了系統(tǒng)在面對單一點故障時的韌性，提升了故障響應和恢復能力。但這也意味著π 接的保護和控制系統(tǒng)更為復雜，需要在故障檢測和故障隔離上做出更快速和準確的響應，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

另一方面，T 接由于其設計的簡單性，當新能源通過單一接入點并入電網時，系統(tǒng)的額外短路容量增加較少，可能導致系統(tǒng)在面臨大規(guī)模新能源注入時，對故障的承受能力沒有π 接方式強。T 接接入的新能源一旦發(fā)生故障，會導致整個節(jié)點的電壓和穩(wěn)定性受到較大影響，從而對電網的穩(wěn)定性構成挑戰(zhàn)。這樣的結構在故障發(fā)生時，故障點的隔離更為迅速，但由于沒有備用路徑，系統(tǒng)的恢復能力較弱。因此，采用T 接的系統(tǒng)需要更多側重于預防措施和系統(tǒng)穩(wěn)定性控制技術的提升，以確保系統(tǒng)能迅速從局部故障中恢復。

2.2 經濟性和成本效益

π 接和T 接作為新能源接入電力網的2 種不同方式，在經濟性和成本效益上存在顯著差異。一方面，由于π 接涉及在2 個接點接入電網，并包含更復雜的變電設施和保護系統(tǒng)，在建設階段的初期投資相對較高，其運維費用會因多個接入點而增加，需要在多個地方進行維護和監(jiān)控[4]。然而，考慮π 接通常用于更大規(guī)模的項目，其成本在整個項目中會被較高的發(fā)電量和更優(yōu)的電網可靠性抵消，可以通過降低系統(tǒng)失效率和提高電網服務質量來提升整體的經濟效益。

另一方面，T 接方式由于其直接的單點連接較為簡單，建設成本通常較低，對于小規(guī)模或分布式的新能源項目，能夠實現較快的投資回收。但如果新能源發(fā)電功率有大幅波動，會導致對電網穩(wěn)定性的額外投入，增加運維成本。新能源接入后對電力市場的整體經濟影響是多方面的，包括降低了能源成本。由于新能源通常具有較低的邊際成本，其接入大規(guī)模使用可以減少對化石燃料的依賴，使整體電力價格水平下降。此外，項目的投資回收期將受發(fā)電效率、運維費用以及市場電價等因素的直接影響。

2.3 功率質量

當新能源場站通過π 接或T 接方案接入電網時，這2 種結構對電網的電壓穩(wěn)定性、諧波污染、閃變以及三相不平衡等功率質量指標都會產生不同的影響。由于π 接提供了2 個接入點，在面對負載波動和發(fā)電不穩(wěn)定性時，這種結構能更加有效地維持電壓穩(wěn)定性，分散風險和影響，減少任意接入點所承受的壓力。諧波污染在π 接方式下會得到一定程度的緩解，由于新能源場站的電力可以通過不同路徑進入電網，分攤到各個路徑上的非線性負載將會降低，相應地減少了諧波的產生[5]。對于閃變現象，π 接結構可以提供更穩(wěn)定的電壓，能夠在一定程度上減少由大型新能源設備產生的瞬時負載變化造成的電壓波動，進而減輕閃變。至于三相不平衡問題，π 接方案能通過2 個接入點平衡電流分布，有利于維持三相電流的均衡。

而對于T 接方式，由于所有的新能源功率都是通過單一點并入電網，電網對電壓穩(wěn)定性的控制更具挑戰(zhàn)性，一旦發(fā)電功率突變對系統(tǒng)產生影響，整個連接點的電壓都會受到較大波動。諧波污染在T 接方案中的影響會更加顯著。因為所有從場站輸出的電能都集中通過這個節(jié)點，并且諧波都將集中傳播，所以更有可能引起電網的諧波問題。T 接對閃變現象的抑制能力會比π 接弱，任何新能源發(fā)電造成的電壓波動都會直接通過單一連接點對電網產生影響。在三相不平衡的問題上，與π 接相比，T 接并未提供附加的平衡機制，使得三相不平衡問題更加突出，尤其是當場站出現一相的問題時，整個系統(tǒng)的平衡將受到沖擊。

2.4 調度和控制能力

在電力系統(tǒng)調度和控制方面，π 接與T 接方案會對靈活性和控制難度造成不同的影響。采用π 接方式，其雙重接入點的設計增加了調度的靈活性，使得對于供電路徑和容量的管理更加靈活，有助于實現更為精細化的功率分配和優(yōu)化。在面對新能源出力的波動性時，能夠通過多個路徑分散風險并調整輸電路線，以適應不同的發(fā)電和負載條件。然而這種復雜的接入方式也提高了控制的難度，要求使用更高級的監(jiān)控系統(tǒng)和智能控制算法來實時監(jiān)測和協(xié)調2 個接入點的狀態(tài)，以保持電網的穩(wěn)定運行。解決這一問題的方法包括采用先進的電網管理系統(tǒng)，如集成了分布式能源管理系統(tǒng)（Distributed Energy Resource Management System，DERMS）或高度自動化的電網運維系統(tǒng)。

在對比π 接和T 接對新能源出力波動性的容納和調頻響應方面，π 接因具備分散風險的優(yōu)勢，在容納新能源出力的波動性上表現更優(yōu)。例如，當新能源出力突然增加或減少時，π 接方式可以調整2 個接入點中的1 個或2 個來應對這種變化，不僅可以穩(wěn)定電網，還能減少對傳統(tǒng)電源的調頻需求。而T 接方案的單點進入特性決定了對波動性的響應可能會更加直接和劇烈。該節(jié)點出現的任何出力波動都需要通過更傳統(tǒng)的調頻服務來平衡，會給調度帶來較大的壓力，并且需要更多的備用容量來處理突發(fā)的功率波動。

3 案例研究

以某個位于風能資源豐富區(qū)域的大型風電場站為例，該風電場站決定接入現有的電力網絡。由于該風電場的規(guī)模較大，管理方在設計并網方案時面臨選擇π 接或T 接的決策。選擇π 接方案后，風電場利用2 個分離的點接入電力系統(tǒng)，為電力調度和控制帶來了一系列的優(yōu)勢。具體而言，當地風力的波動性較強，π 接方式使得該風電場在風速變化引起的輸出波動時，能夠通過2 個不同的路徑靈活地分配功率，確保對電網穩(wěn)定性的影響降至最低。同時，這2 個點分別接入電網意味著對于諧波污染、閃變及三相不平衡等問題有更好的緩解作用，可以利用并網點之間的冗余來調整電力輸出，以應對這些問題。然而在控制和調度方面，該風電場的管理團隊需要使用智能算法和實時數據分析來同時監(jiān)控這2 個并網點，并確保風電場的輸出與電網的需求和容量相匹配。

相比之下，如果選擇T 接方案，風電場僅通過單一點并入電網。在初期，該方案對控制系統(tǒng)和基礎設施的要求較低，因此更為簡單、成本效益更優(yōu)。然而，當面臨風速的快速變化時，通過單一并網點傳遞的所有功率波動會直接影響電網，導致電網頻率和電壓的穩(wěn)定性問題，增加了調頻和緊急響應資源的需求。除此之外，風電場的單點輸出成為諧波和三相不平衡問題的熱點。因為全部負載和不平衡都集中在單一輸出上，所以電力調度員需要更加頻繁地調整電網中的傳統(tǒng)電源，以維持系統(tǒng)穩(wěn)定，增加了額外的運營成本。

4 未來展望

隨著電網朝著智能化、低碳化、分布式發(fā)電以及高比例可再生能源并網的趨勢發(fā)展，π 接和T 接方案的適用性及其技術改進方向成為重要的討論話題。考慮電網的復雜性增加，以及人們對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性要求的提高，π 接方案更有助于滿足未來電網的需求，能夠提供更加靈活的能量流管理和更好的風險分散機制，尤其是在大規(guī)模分布式發(fā)電和波動性較大的新能源并網場景下。潛在的技術改進方向包括發(fā)展更加先進的電網管理軟件，利用人工智能和機器學習技術優(yōu)化調度算法，實現更高效和精確的實時數據處理能力，并提升電網自適應和自愈能力，從而有效處理復雜并網時的各種挑戰(zhàn)。

而T 接方案雖然在短期內仍有簡潔性和成本效益的優(yōu)勢，但在適應未來電網發(fā)展的過程中，該方案需要集成更多的技術創(chuàng)新以保持其競爭力，包括提高電網節(jié)點的功率電子設備的性能。例如，應用先進的靜態(tài)同步補償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）或柔性交流輸電系統(tǒng)（Flexible Alternative Current Transmission Systems，FACTS）以增強單點接入的電網支持能力，同時開發(fā)更靈敏的預測工具來管理由間歇性能源波動導致的電力輸出。

5 結 論

π 接方式因其靈活性和小幅度影響電網穩(wěn)定性，在新能源大規(guī)模接入背景下顯現優(yōu)勢，能夠解決接入難題，適應電網變化。盡管初期成本高，運營管理復雜，但適合處理高波動性和分布式資源。相比之下，T 接方式短期成本低，適用于小規(guī)模穩(wěn)定用電環(huán)境，但面對能源波動和系統(tǒng)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)較大。未來，π 接方式需要技術創(chuàng)新與智能控制支持，而T 接方式需要在硬件和預測能力上提升。電網規(guī)劃應考量當前狀況和未來戰(zhàn)略，并促進技術進步，優(yōu)化系統(tǒng)管理。建議在新能源項目中優(yōu)先考慮π 接，結合智能化投資來提升效率，而對于小型或預算有限項目，可選T 接并運用技術降低風險。電網規(guī)劃應持續(xù)動態(tài)調整，以適應技術發(fā)展和市場變化，確保電網的可持續(xù)發(fā)展。