解析煤礦瓦斯發(fā)電廠并網對電網的影響

【摘要】筆者對煤礦瓦斯發(fā)電的基本內涵，以及現階段我國煤礦瓦斯發(fā)電廠的建設和應用情況進行了分析，以此為基礎深入分析了煤礦瓦斯發(fā)電的主要優(yōu)勢和應用價值，同時，根據我國電力系統(tǒng)建設和運行的基本情況，探討了電網系統(tǒng)所受的煤礦瓦斯發(fā)電廠并網的影響，并分析了功率因數、運行頻率、電壓波動、供電電壓和系統(tǒng)網損等對電力系統(tǒng)的影響。

【關鍵詞】煤礦瓦斯發(fā)電廠；并網；電網

1、煤礦瓦斯發(fā)電

1.1 煤礦瓦斯發(fā)電的主要優(yōu)勢

第一，甲烷是煤礦瓦斯的基本成分，也是大氣中的主要溫室氣體構成成分，其所產生的大氣臭氧破壞作用約為CO2的22倍左右，若充分開發(fā)利用煤礦瓦斯，則能夠大大減少碳的排放量。

第二，在各類煤礦事故中，煤礦瓦斯所導致的事故發(fā)生率最高，我國約有70%至80%的煤礦礦難的發(fā)生原因都在于瓦斯突出或爆炸，抽取煤礦瓦斯能夠顯著降低煤礦安全事故的發(fā)生率，降低礦道內瓦斯的含量。

第三，煤礦瓦斯的開發(fā)利用具有較大的經濟效益，隨著近年來國內外煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源價格的逐步提高，相關領域對于煤礦瓦斯開發(fā)利用的價值也逐漸受到了人們的關注，且煤礦工程的開采量也逐漸增加，工程施工成本有所降低。

1.2 煤礦瓦斯發(fā)電系統(tǒng)構成

瓦斯發(fā)電指的是在開采煤礦的過程中，通過燃燒瓦斯氣中所產生的熱能，獲得大量的電能，是一種能量轉化的過程。汽輪發(fā)電機、燃氣輪機和燃氣發(fā)動機是現階段煤礦瓦斯發(fā)電過程中最為常用的三種發(fā)電形式。余熱利用系統(tǒng)、并網供電系統(tǒng)、發(fā)電機組、煤層氣輸送系統(tǒng)是煤礦瓦斯發(fā)電廠的主要構成部分：第一，余熱利用系統(tǒng)。通過利用煤礦瓦斯發(fā)電過程中出現的熱量，能夠有效降低常規(guī)能源的消耗量，改善人民的生活和工作環(huán)境。第二，并網供電系統(tǒng)。利用變壓等設備將所發(fā)電能并入主電網。第三，發(fā)電機組系統(tǒng)。利用瓦斯爆炸做功發(fā)電的機組和輔助設備。第四，煤層氣輸送系統(tǒng)。將瓦斯氣體利用管道由井下輸送至地面的發(fā)電設備。

2、煤礦瓦斯發(fā)電廠并網運行

2.1 并網運行的基本內涵

并網運行指的是在正常運行的瓦斯發(fā)電機組工作狀態(tài)下，與常規(guī)配電網主回路中所產生的電氣連接，通常將連接點稱為“公共連接點”。 經過逆變器連接、經過變壓器連接、電纜直接連接等是電氣連接的常用方式。

2.2 并網方式

根據有無電網功率交換，通?？蓪⒚旱V瓦斯發(fā)電機組并網運行劃分為并網不上網和普通并網兩類，其中，前一類指的是禁止外送瓦斯發(fā)電機組功率，也就是功率流向僅僅是由電網至瓦斯發(fā)電機組；后一類指的是向電網輸送瓦斯發(fā)電機組的剩余功率。

2.3 并網電壓

在煤礦瓦斯發(fā)電機組并網運行過程中，選擇并網電壓具有較為嚴格的規(guī)定，且直接受到發(fā)電機組容量的影響。通常情況下，瓦斯發(fā)電機組的并網配電系統(tǒng)為35kV以下等級的電壓，按照不同的煤礦瓦斯并網發(fā)電機組容量，應對并網電壓進行相應的選擇，通常選擇原則為越大的容量，其并網電壓也應越大。

3、煤礦瓦斯發(fā)電廠并網運行對電網的影響

3.1 對功率因數的影響

電力系統(tǒng)中無功功率的充分支持是保持電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的基礎，一旦煤礦瓦斯發(fā)電廠機組發(fā)生停止運行問題，則配電網絡中會出現無功損失。為了確保煤礦瓦斯發(fā)電廠機組運行停止后電壓系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，最大限度降低配電系統(tǒng)對煤礦瓦斯發(fā)電廠機組的無功依賴性，應在高功率因數下使用煤礦瓦斯發(fā)電廠機組。

3.2 對運行頻率范圍的影響

只有保證電力系統(tǒng)內全部節(jié)點具有相同的頻率，整個系統(tǒng)才能夠保持穩(wěn)定安全地運行。煤礦瓦斯發(fā)電廠機組并網運行過程中，應保證電網頻率與機組的發(fā)電頻率相同。因為煤礦瓦斯發(fā)電廠機組的容量偏小，因而其在系統(tǒng)中的比重也偏小，所以，啟、停煤礦瓦斯發(fā)電廠機組并不會直接影響整個系統(tǒng)的頻率，然而，煤礦瓦斯發(fā)電廠機組的運行會直接受到整個電力系統(tǒng)頻率的影響。煤礦瓦斯發(fā)電廠機組并網運行過程中，可通過煤礦瓦斯發(fā)電廠機組同步發(fā)電機，保證電網頻率和發(fā)電機頻率的一致性。

3.3 對電壓波動的影響

隨著計算機網絡設備的廣泛應用，以及用電設備自動化程度的逐步提高，工業(yè)用電戶對于電力資源供給的質量也在逐漸提高。從普通煤礦瓦斯發(fā)電廠的角度來看，其發(fā)電機組的慣性和容量都較小，因而所受的負荷變化影響較大。一旦煤礦瓦斯發(fā)電廠機組受到負荷變化的影響，若發(fā)電機組得不到適當的調整和控制，則實際負荷改變會與調整量不匹配，進而導致發(fā)電機出口部位長時間電壓值發(fā)生周期性波動。

3.4 對供電電壓的影響

在煤礦瓦斯發(fā)電廠并網運行后，普通電力用戶的用電電壓將會受到輸配電網絡的直接影響。電網電壓穩(wěn)定會直接影響整個電力供應網絡運行的穩(wěn)定性，若一個電力負荷點發(fā)生電壓質量的不良改變，則整個電力系統(tǒng)都會受到影響，嚴重者還會造成整個系統(tǒng)電壓的完全崩潰，影響電力用戶的正常用電。所以，應對瓦斯發(fā)電廠并網運行的電壓實施良好的控制。

3.5 對配電系統(tǒng)電壓分布和網損的影響

配電系統(tǒng)的電壓分布和網損情況都會直接受到煤礦瓦斯發(fā)電廠的影響，常用的量化分析配電系統(tǒng)電壓分布和網損情況的方法為潮流計算。現有的計算配電網潮流的方法并未對煤礦瓦斯發(fā)電廠實際情況進行充分考慮，所以，隨著現階段煤礦瓦斯發(fā)電廠并網運行的廣泛實施，配電網潮流計算的困難性也有所增加，那些常規(guī)的潮流計算技術也不再適用于煤礦瓦斯發(fā)電廠，且潮流計算的有效性較低，所以，有必要對配電網絡所受的煤礦瓦斯發(fā)電廠的影響進行分析和設計。

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作者簡介

王竹南（1956.4-- ），男，漢族，遼寧阜新人，大學本科，高級工程師，現任阜新礦業(yè)集團瓦斯綜合利用公司副經理，研究方向：瓦斯發(fā)電技術。