小型水電站接入配電網中對電壓的影響研究
——評《小水電站設計要點》

朱然楷

姜晨光主編化學工業出版社出版

中國作為農業大國，自古就已經意識到興修水利的重要性，如都江堰、大運河等水利工程為我國農業經濟發展做出了巨大貢獻。隨著社會發展與科技進步，現代社會的水利工程拓展了對水資源的利用范圍，比如水力發電。水電工程是我國民生工程的重要部分，通過興修水電站，我國居民的用電需求得到滿足，社會發展進一步加快。近年來，小型水電站（簡稱小水電）的發展日益繁榮，小水電接入國家配電網，提高了社會用電效率，小水電成為民生工程的一大熱點。但是，將小水電接入配電網后，其對電網電壓產生了較大影響，因此小水電接入配電網后的電壓調整成為水電工程的重點關注內容。由姜晨光主編、化學工業出版社出版的《小水電站設計要點》詳細闡釋我國小型水電站的建筑設計、相關計算以及技術要點，為我國小水電接入配電網的電壓研究提供了理論參考。

《小水電站設計要點》全書共九章：第一章闡述水電站的相關知識，分析我國利用水力資源進行發電的現狀，并解釋其功率、發電量等基本特征參數，論述水電站類型以及設計要求，詳細介紹小水電的設計原則；第二章介紹水電站進水口設計，通過進水口功能要求，全面展示其有壓進水口、無壓進水口以及沉沙池的設計，并選用經典實例作為參考；第三章與第四章介紹引水道與壓力管道的設計，包括工程特點、設計方式、結構形式；第五章為相關計算，在詳細分析水電站水擊問題的基礎上，給出基本方程以及計算方法，并探討機組轉速的計算方法與水擊調節保證；第六章為調壓室，通過圖解法進行調壓室水力以及水位波動穩定分析；第七章與第八章為水電站廠房設計，主要內容包括地面廠房規劃設計以及建筑物的結構設計；第九章為技術改造，詳細分析小水電設計與性能，基于此，提出技術改造的方法以及指標要求。

水力發電可以實現水能與電能的轉換，且污染少、可持續再生，因此具有較高的經濟效益與生態效益，是目前應用較為廣泛的清潔能源，且小水電在接入配電網后，可以提高當地電力供應能力，緩解電能儲存不足的狀況。由此可見，小水電的運行與維護具有重要作用。但不同于大型水電站由國家主持修建，大部分小水電工程項目由地方政府或清潔能源企業修建，其設計與規劃可能并不全面，對水力發電效率造成一定影響。這些客觀因素導致小水電在接入配電網后，其電壓波動、功率變化以及潮流分布等都受到嚴重影響，使小水電的社會效益大打折扣。下面對小水電接入配電網后的電壓影響進行分析。

一般來說，小水電屬于分布式電源，因此在接入配電網后，其電壓、功率等極易受到水力發電出力狀況的影響。小水電的出力狀況與水量大小具有極為密切的關系。在枯水期，流量較小，小水電發電能力較弱，電壓可能會出現過低狀況；而在豐水期，流量較大，水電站發電能力提高，大量電能的產生可能會導致運行電壓過高。這種電壓不穩定的情形會對配電網的安全運行產生重大影響，引發安全隱患。

在將小水電接入配電網后，相關研究人員對其整體進行分析發現，配電網以網狀輻射發揮作用，通過設備元件的連接實現電流輸送，盡管各設備元件之間的連接方式較為多樣，電網結構極為復雜，但電力系統潮流沿著線路向外輻射輸送時，電壓逐漸下降的特性較為穩定，而將小水電引入配電網后，小水電的出力狀況直接影響接入兩端的負荷需求，導致配電網潮流分布發生顯著變化。當小水電出力較大時，接入兩端電壓升高，功率隨之增大，潮流負荷隨著線路向末端輸送時，末端電壓可能會出現過高的情形，尤其在夏季豐水期末端電壓過高的情況更為顯著；當小水電出力較小時，接入兩端電壓過低，此時無功發力情況較為明顯，隨著潮流負荷的輸送，可能會造成線路末端電壓偏低的情形。在生活用電中，電壓偏高可能會造成電器損壞，而電壓偏低則會導致功率不足，電器無法發揮作用，可見，小水電接入配電網后電壓的不穩定將對當地居民的正常用電造成嚴重的影響。因此，針對小水電接入配電網后的電壓控制與調節措施尤為重要。

通過分析電網運行規律，并參考《小水電站設計要點》一書，我國水電工程專業人員提出具體調控措施來穩定小水電接入配電網后的電壓。如線路調壓器可快速調整配電網電壓，將其安裝在線路電壓變化較大的線段，即可檢測其功率大小與電壓運行狀況，并迅速做出調整，使配電網電壓更加合理穩定。此外，也可通過調節水電站機組勵磁裝置進行電壓控制，這一方法可對小水電形成電源進行控制，從而實現穩定配電網電壓的目的。除此之外，增設電容器、加寬輸送線路等都可以調節配電網電壓，這些方法能夠有效抑制電壓波動，為當地居民安全用電提供堅實保障。