分布式電源的網絡無功補償優(yōu)化

前言

近年來，隨著各地相關的環(huán)保節(jié)能措施的相繼實施，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷深入，人們越來越關注環(huán)境惡化和能源緊缺問題。電力行業(yè)大容量電網承擔了全世界90%以上的電力負荷供電，但同時也暴漏了一些問題，如：電網不能靈活的跟蹤負荷的變化、對于偏遠地區(qū)輸電成本過高；局部事故往往導致大面積停電等。

一、分布式電源發(fā)展對配電網的作用與影響

1.1分布式電源并網運行的優(yōu)點

（1）節(jié)能效果好

相比較傳統(tǒng)大電網電源，分布式電源靠近用戶現(xiàn)場，因而網損降低明顯。同時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，能實現(xiàn)能量的梯級利用，符合“溫度對口、梯級利用”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力、水力、潮汐、地熱等可再生能源為發(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，由于分布式能源系統(tǒng)發(fā)電的電壓等級比較低，電磁污染比傳統(tǒng)的集中式發(fā)電要小得多。

（3）可靠性高

在建設大型電廠的趨勢有增無減之時，電網的快速發(fā)展對供電的安全與穩(wěn)定帶來很大威脅，一旦電廠和輸電通道發(fā)生故障，將可能導致大面積停電。分布式電源采用性能先進的控制設備，開停機方便、操作簡單、負荷調節(jié)靈活，與大電網配合可大大提高供電可靠性，彌補其安全穩(wěn)定性方面的不足，在電網崩潰和意外災害情況下可維持重要用戶的供電[1]。

1.2分布式電源對配網規(guī)劃的影響

（1）加大了規(guī)劃區(qū)電力負荷的預測難度。由于規(guī)劃區(qū)內用戶可根據(jù)自身實際需要安裝和使用分布式電源，為自身及規(guī)劃區(qū)其他用戶提供電源，這些分布式電源與電力負荷相抵消，從而對規(guī)劃區(qū)負荷增長的模型產生影響。

（2）雖然分布式電源能減少或推遲配電系統(tǒng)的建設投資，但位置和規(guī)模不合理的分布式電源可能導致配電網的某些設備利用率低和網損增加，導致網絡中某些節(jié)點電壓的下降或出現(xiàn)過電壓，改變故障電流的大小、持續(xù)時間及其方向，還可能影響到系統(tǒng)的可靠性。

（3）配電網規(guī)劃是一個動態(tài)多目標的非線性整數(shù)規(guī)劃問題，其動態(tài)屬性與其維數(shù)相關聯(lián)，通常需同時考慮幾千個節(jié)點，若規(guī)劃區(qū)內再出現(xiàn)許多分布式電源，將使尋找最優(yōu)網絡布置方案更加困難。

二、分布式電源的無功電力補償

2.1無功電源

（1）風電場無功電力補償

a）在風電場集中加裝無功補償裝置：風電場的無功電源包括風電機組和風電場的無功補償裝置。風電場應具備協(xié)調控制風電機組和無功補償裝置的能力，能夠自動快速調整無功總功率。首先充分利用風電機組的無功容量及其調節(jié)能力，僅靠風電機組的無功容量不能滿足系統(tǒng)電壓調節(jié)需要的，在風電場集中加裝無功補償裝置[2]。

b）實現(xiàn)動態(tài)連續(xù)調節(jié)：風電場無功補償能夠實現(xiàn)動態(tài)的連續(xù)調節(jié)以控制并網點電壓，其調節(jié)速度應能滿足電網電壓調節(jié)的要求。

（2）無功容量

a）風電場在任何運行方式下，應保證其無功功率有一定的調節(jié)容量。該容量為風電場額定運行時功率因數(shù)0.98（超前）～0.9（滯后）所確定的無功功率容量范圍。

b）風電場的無功功率能實現(xiàn)動態(tài)連續(xù)調節(jié)，保證風電場具有在系統(tǒng)事故情況下能夠調節(jié)并網點電壓恢復至正常水平的足夠無功容量。

c）百萬千瓦級及以上風電基地，其單個風電場無功功率調節(jié)容量為風電場額定運行時功率因數(shù)0.97（超前）～0.97（滯后）確定的無功功率容量范圍。

d）通過風電匯集升壓站接入公共電網的風電場，其配置的容性無功補償容量能夠補償風電場滿發(fā)時送出線路上的無功損耗；其配置的感性無功補償容量能夠補償風電場空載時送出線路上的充電無功功率。

2.2光伏電源無功電力補償

（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功功率計算而得，其計算公式為[3]：

式中 為電站輸出總有功功率； 為電站輸出總無功功率。

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，功率因數(shù)應不小于0.98（超前或滯后），輸出有功功率在20%～50%之間時，功率因數(shù)應不小于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)應能夠在0.98（超前）～0.98（滯后）范圍內連續(xù)可調。大型和中型光伏電站參與電網電壓調節(jié)的方式包括調節(jié)光伏電站的無功功率、調節(jié)無功補償設備投入量以及調整光伏電站升壓變壓器的變比等。在進行光伏電站接入系統(tǒng)方案設計時，應重點研究其無功補償類型、容量以及控制策略等。

（2）無功電源

光伏電站應充分利用并網逆變器的無功容量及調節(jié)能力，當并網逆變器的無功容量不能滿足系統(tǒng)電壓調節(jié)需要時，應在光伏電站配置無功補償裝置，并綜合考慮光伏電站各種出力水平和接入系統(tǒng)后各種運行工況下的暫態(tài)、動態(tài)過程，配置足夠的動態(tài)無功補償容量。

光伏電站集中加裝的用于補償無功的無功補償裝置包括并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、同期調相機、靜止型動態(tài)無功補償裝置。

（3）無功補償裝置配置

a）為降低光伏電站接入后的出力波動引起的電網電壓變化、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態(tài)無功補償裝置。

b）光伏電站應根據(jù)光伏電站實際情況.如安裝容量、安裝型式、站內匯集線分布、送出線路長度、接入電網情況等，進行無功電壓專題研究后確定無功補償裝置配置。在電網正常運行情況下，光伏電站的無功補償裝置應適應電網各種運行方式變化和運行控制要求。

c）光伏電站應配置無功電壓控制系統(tǒng)，根據(jù)電力系統(tǒng)調度機構指令.自動調節(jié)其發(fā)出（或吸收）的無功功率，控制光伏發(fā)電站并網點電壓在正常運行范圍內，其調節(jié)速度和控制精度應能滿足電力系統(tǒng)電壓調節(jié)的要求。

結語

從整個世界能源結構、電力需求和電力工業(yè)的發(fā)展趨勢來看，分布式電源將在電能生產中占有越來越重要的地位。分布式發(fā)電技術的廣泛應用將帶來現(xiàn)有電力系統(tǒng)結構的變化，形成集中發(fā)電的大電網與分布式發(fā)電的微型電網相結合的新型電力系統(tǒng)體系結構。需要注意的是，在分布式電源接入到配電網中時，要建立合理優(yōu)化的無功補償模型，并對整個配電網無功優(yōu)化進行深入研究，得到最優(yōu)的控制策略，這樣才能確保配電網的安全經濟運行。

參考文獻

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

[2]陳海焱，陳金富，段獻忠.含風電機組的配網無功優(yōu)化[J].中國電機工程學報，2010，28（7）：40-45.

[3]王賽一.分布式電源及對配電網系統(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、國網上海松江供電公司；2.上海申能臨港燃機發(fā)電有限公司；3.上海交通大學）

作者簡介

周妮娜（1984年-），女，工程師，上海交通大學電氣工程專業(yè)在職研究生，現(xiàn)就職于國網上海松江供電公司，從事繼電保護專業(yè)工作。