小型水電站接入配電網(wǎng)中對電壓的影響研究
——評《小水電站設(shè)計要點(diǎn)》

朱然楷

姜晨光主編化學(xué)工業(yè)出版社出版

中國作為農(nóng)業(yè)大國，自古就已經(jīng)意識到興修水利的重要性，如都江堰、大運(yùn)河等水利工程為我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著社會發(fā)展與科技進(jìn)步，現(xiàn)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(fā)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(fā)展進(jìn)一步加快。近年來，小型水電站（簡稱小水電）的發(fā)展日益繁榮，小水電接入國家配電網(wǎng)，提高了社會用電效率，小水電成為民生工程的一大熱點(diǎn)。但是，將小水電接入配電網(wǎng)后，其對電網(wǎng)電壓產(chǎn)生了較大影響，因此小水電接入配電網(wǎng)后的電壓調(diào)整成為水電工程的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。由姜晨光主編、化學(xué)工業(yè)出版社出版的《小水電站設(shè)計要點(diǎn)》詳細(xì)闡釋我國小型水電站的建筑設(shè)計、相關(guān)計算以及技術(shù)要點(diǎn)，為我國小水電接入配電網(wǎng)的電壓研究提供了理論參考。

《小水電站設(shè)計要點(diǎn)》全書共九章：第一章闡述水電站的相關(guān)知識，分析我國利用水力資源進(jìn)行發(fā)電的現(xiàn)狀，并解釋其功率、發(fā)電量等基本特征參數(shù)，論述水電站類型以及設(shè)計要求，詳細(xì)介紹小水電的設(shè)計原則；第二章介紹水電站進(jìn)水口設(shè)計，通過進(jìn)水口功能要求，全面展示其有壓進(jìn)水口、無壓進(jìn)水口以及沉沙池的設(shè)計，并選用經(jīng)典實(shí)例作為參考；第三章與第四章介紹引水道與壓力管道的設(shè)計，包括工程特點(diǎn)、設(shè)計方式、結(jié)構(gòu)形式；第五章為相關(guān)計算，在詳細(xì)分析水電站水擊問題的基礎(chǔ)上，給出基本方程以及計算方法，并探討機(jī)組轉(zhuǎn)速的計算方法與水擊調(diào)節(jié)保證；第六章為調(diào)壓室，通過圖解法進(jìn)行調(diào)壓室水力以及水位波動穩(wěn)定分析；第七章與第八章為水電站廠房設(shè)計，主要內(nèi)容包括地面廠房規(guī)劃設(shè)計以及建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計；第九章為技術(shù)改造，詳細(xì)分析小水電設(shè)計與性能，基于此，提出技術(shù)改造的方法以及指標(biāo)要求。

水力發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)水能與電能的轉(zhuǎn)換，且污染少、可持續(xù)再生，因此具有較高的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益，是目前應(yīng)用較為廣泛的清潔能源，且小水電在接入配電網(wǎng)后，可以提高當(dāng)?shù)仉娏?yīng)能力，緩解電能儲存不足的狀況。由此可見，小水電的運(yùn)行與維護(hù)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(yè)修建，其設(shè)計與規(guī)劃可能并不全面，對水力發(fā)電效率造成一定影響。這些客觀因素導(dǎo)致小水電在接入配電網(wǎng)后，其電壓波動、功率變化以及潮流分布等都受到嚴(yán)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(wǎng)后的電壓影響進(jìn)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(wǎng)后，其電壓、功率等極易受到水力發(fā)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(guān)系。在枯水期，流量較小，小水電發(fā)電能力較弱，電壓可能會出現(xiàn)過低狀況；而在豐水期，流量較大，水電站發(fā)電能力提高，大量電能的產(chǎn)生可能會導(dǎo)致運(yùn)行電壓過高。這種電壓不穩(wěn)定的情形會對配電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生重大影響，引發(fā)安全隱患。

在將小水電接入配電網(wǎng)后，相關(guān)研究人員對其整體進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，配電網(wǎng)以網(wǎng)狀輻射發(fā)揮作用，通過設(shè)備元件的連接實(shí)現(xiàn)電流輸送，盡管各設(shè)備元件之間的連接方式較為多樣，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，但電力系統(tǒng)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(wěn)定，而將小水電引入配電網(wǎng)后，小水電的出力狀況直接影響接入兩端的負(fù)荷需求，導(dǎo)致配電網(wǎng)潮流分布發(fā)生顯著變化。當(dāng)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(fù)荷隨著線路向末端輸送時，末端電壓可能會出現(xiàn)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(dāng)小水電出力較小時，接入兩端電壓過低，此時無功發(fā)力情況較為明顯，隨著潮流負(fù)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(dǎo)致功率不足，電器無法發(fā)揮作用，可見，小水電接入配電網(wǎng)后電壓的不穩(wěn)定將對當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｓ秒娫斐蓢?yán)重的影響。因此，針對小水電接入配電網(wǎng)后的電壓控制與調(diào)節(jié)措施尤為重要。

通過分析電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律，并參考《小水電站設(shè)計要點(diǎn)》一書，我國水電工程專業(yè)人員提出具體調(diào)控措施來穩(wěn)定小水電接入配電網(wǎng)后的電壓。如線路調(diào)壓器可快速調(diào)整配電網(wǎng)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(yùn)行狀況，并迅速做出調(diào)整，使配電網(wǎng)電壓更加合理穩(wěn)定。此外，也可通過調(diào)節(jié)水電站機(jī)組勵磁裝置進(jìn)行電壓控制，這一方法可對小水電形成電源進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定配電網(wǎng)電壓的目的。除此之外，增設(shè)電容器、加寬輸送線路等都可以調(diào)節(jié)配電網(wǎng)電壓，這些方法能夠有效抑制電壓波動，為當(dāng)?shù)鼐用癜踩秒娞峁﹫詫?shí)保障。