今年来, 随着能源的短缺和环境污染日益严重, 分布式能源成为电力系统发展的新研究热点。而其中, 风能因为具备可规模化利用的商业价值而得到迅速发展。尤其是风力并网发电, 由于其具有不需储能设备, 运行维护成本低等优点, 成为风电发展的新趋势。
随着风力发电并网技术的日益成熟以及小型风力发电的兴起。风电场已经逐渐由高电压等级并网向配电网并网发展。目前国内外的研究热点主要集中在大容量风电场接入电力系统时系统的电压分布和稳定性的影响以及风机的低电压穿越问题等, 而对风力并网发电对配电网的网络损耗的研究则较少。因此分析风电场的接入对电力系统配电网的线损的影响, 以及寻求相应的对策来进行规划在实际应用中具有重要的意义。
1 风电的接入对配电网的线损影响
电力系统配电网一般都是设计为呈放射性结构拓扑, 且用户端没有电源。它的线损主要取决于它的潮流大小, 潮流走向是从电力系统供电侧流向负荷侧。风电作为一个有源电源, 它的接入会影响配电网的潮流分布, 从而影响配电网的线损。配电网在接入风电后, 就会成为一个多电源结构, 不再是单电源结构, 且潮流的大小和方向都有可能发生改变, 所以会引起线损的变化。因此配电网的线损不仅与负荷有关, 同时还与风电接入点和接入的容量大小相关以及配电网的拓扑结构密切相关。
2 配电网的线损实例分析
如图1所示, 假设配电网为放射性结构。Rij+jXij是i-j线路的阻抗, Pi+jQi是节点i的负荷功率, Pw+jQw是风电场的注入功率。设线路i-j间的传输功率为Pij+jQij, 则风电接入前的有功损耗为:
假设风电场从节点j接入配电网, 由于j下游的负荷是一定的, 所以j下游的线损不受风电场接入的影响, 而j点上游则由于风电场的接入导致潮流发生变化而使线损发生一定变化。
j点下游的线损:
j点上游的线损:
为了保证接入风电后配电网的线损比接入风电前要低, 使得配电网能经济有效运行, 必须满足:
由于实际中, 风电场一般都只是向电网馈送有功功率, 而输送的无功功率wQ=0, 所以求得满足降低配电网线损的风电接入有功功率的范围为:
由上分析可知, 若接入的风电有功功率超过此范围, 则会增加系统的线损, 不利于配电网的优化运行。
3 对策
由于风电接入后会对配电网产生一定的影响, 尤其是影响配电网的线损以及电压分布等, 因此寻求一些合适的应对策略, 提前规划, 对风电场的运营和配电网的优化运行具有十分重要的指导意义。对于已经并网发电的风力发电机组, 需要从提高供电质量的角度考虑, 合理设置无功补偿, 也能在一定程度上减小配电网的线损。而对于筹建中的风力发电机组, 则需要合理规划接入其位置和最大安装容量等。具体有如下措施。
3.1 选择合适的风力发电机组
可以选择双馈发电机组, 其具有较强的有功功率和无功功率调节能力, 能根据电网的运行情况来调节自身的运行状况以适应配电网的运行, 从而减小对配电网的影响。这种发电机组的性能最好, 但是价格较为昂贵, 控制复杂。或者可以选择永磁同步发电机。它在正常工作时不需从电网吸收无功功率, 也无需励磁绕组和直流电源, 使得接入的风电相当于一个理想电压源, 对配电网的影响也很小。
3.2 确定风电的接入位置
常采用电压与线损综合法来分析, 选择使配电网整体线损最小的接入点。一般来说, 对于单一接入点, 不建议从配电线路的末端接入系统, 可在中间偏末端的位置接入;若配电网允许有多个接入点, 建议分散从不同的节点接入, 最好从负荷较重的馈线节点接入, 这样就能减小功率在过长的线路上流动造成线损。
3.3 限制接入容量或电压等级
由于在接入配电网时, 系统对风电的容量有一定的限制, 超过某个容量范围反而会到时配电网的线损增加, 不利于配电网的经济允许, 而限制风电的发电容量又会损害风电场的效益, 所以对于容量较大且需按集中方式接入的大型风电场, 可考虑从较高电压等级的电网接入。
4 结语
在全球能源危机的背景下, 分布式电源越来越受关注, 是电力系统发展的新方向。本文以一个放射性结构的配电网拓扑为案例分析了接入风电前后配电网的线损变化, 指出了减小配电网线损的风电接入容量范围, 同时也针对如何减小配电网的线损给出了相应的对策。本文的研究工作为配电网的线损的潮流分析提供了依据, 给配电网和风电场的规划打下基础, 指出了配电网优化运行的方法。
摘要：风力发电作为当前发展最快的一种可再生能源发电技术, 已得到广泛应用。配电网是电力系统的重要组成部分, 研究配电网的线损对提高电网的经济效益和优化运行等具有重要意义。风力并网发电是电力系统发展的新趋势, 因袭对风电场接入配电网后产生的影响进行探索性的研究具有一定的指导意义。本文详细介绍了风电的接入对电力系统配电网的线损的影响, 在此基础上, 给出了相应的对策。
关键词：风电,配电网,线损
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