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微水电的新时代
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摘要：开发商必须承担新建分散式发电联网的经济责任，这将限制自由化市场中微水电的发展。（参考《建筑中文网》）
关键词：微水电 新时代
开发商必须承担新建分散式发电联网的经济责任，这将限制自由化市场中微水电的发展。有两种新的方法可以有利于微水电项目的联网。
私有化分散式发电（DG）正在全世界许多自由化电力市场上取代国有的集中式发电。欧盟的可再生能源条例和政府的激励措施，如欧盟可再生能源契约，正鼓励着包括微水电在内的可再生能源的开发。这些可再生能源一般都集中在人口稀少、用电负荷较小的地区，这意味着未来新建电站将与中低压配电网相连接。在过去，这些地区的配电网是依据供电负荷随输电线路延伸而减少的原则来设计的，尽量保证用户的供电质量在指定的范围内。
分散式发电的联网会根本改变配电网的运行。当分散式发电容量等于或大于当地负荷时，可能会对电网的潮流分布和电压调节造成比较大的影响。对分散式发电的联网必须进行评估，以便对当地电力供应安全和质量造成的影响进行定性和定量的分析。尽管有许多减少负面影响的方法，然而在现行的商业体制下，开发商将为其实施承担很大的经济负担。经济上的原因将使潜在的方案失去吸引力，从而限制了自由市场上微水电的发展。
本文阐述了分散式微水电与配电网联网带来的影响，并分析了已有的防范措施。讨论了两种有利于微水电联网的新方法。第一种方法允许配电网运行人员（DNOs）决定可以并入现有配电网的电站容量，防止资产闲置和／或者无偿地被占用。第二种方法讲述了在保证当地供电质量的同时，允许更多电力输送到配电网的一种微水电运行方式。这些方法将有助于在发达国家的自由市场或者欠发达国家的农村地区实现微水电的联网。
配电网
过去，配电网用来将电能从高压输电网输送给低压用电户。农村地区配电网的共同点是，这些电网都由中长距离的架空线延伸至偏远农村地区的用电户（称为辐射状馈线）。随着架空电线向末端延伸，人口的密度和用电负荷也在减少，输送负荷的电网容量也随着距离的延伸而适当减少。变压器额定值和导线截面积也相应减小，同时线路的阻抗随之增加。系统的设计和运行都基于电网有功和无功的潮流是单方向的，从输电网流向负荷终端。同时，也充分考虑到用电户的负荷形式和日负荷、季节负荷的变化，所以电网潮流是可以预测的。当负荷变化时，配电网一般是靠调整变压器的自动分接开关来保持次级电压处于设定值。为了弥补线路电压降，保证终端用户的电压水平，配电网运行人员通常将变电站电压在基准额定电压11kV的基础上调高几个百分点。对于电压水平，英国的电力输送条例中规定：1kV至132kV的系统，电压水平应该保持在额定值的±6%范围内。因此，配电网的规划通常将电网设计在额定值的±3%电压范围内。
在集中规划的年代，用户的要求、损耗和一些偶发情况是通过提前安排输电网向配电网送电来解决。在自由化市场上，分散式发电站可以按照地理位置合理布置，利用可再生能源或其它资源发电，向配电网提供不受限制的、不间断的能源。分散发电与配电网外围的连接将形成一个与单向、可预测潮流分布根本不同的运行方式。按发电机的类型和额定容量的不同，有功和无功功率潮流可以双向流动。而且，开发和连接不稳定的可再生能源将形成间断的、不可预测的电网潮流。
分散型微水电的出现，对配电网的运行产生了非常大的影响，包括：
—双向潮流分布，超出设备的热额定值；
—减少电压调节，影响供电质量；
—增加了短路和故障；
—改变了暂态稳定；
—影响了保护和配合。
潮流分布、热额定值和损耗
分散发电机与一个25km长、32mm2横截面积的铜质馈线辐射型电网的简单而具有代表性的4（a～d）种连接方式。此输电网通过一台1MVA变压器间隔向一个当地负荷送电。当地负荷（农用）的峰值为400kW，功率因数为0.98.容量范围从（a）0到（d）1MWA（0.9滞后功率因数）的不同容量的分散发电机分别连接到馈线终端。
a.当没有连接分散发电机，即容量等于0时，当地负荷完全靠输电网络供电。所有设备都在热限值内运行，架空线的线损为19kW.
b.当连接一个分散发电机，容量达到300kW时，输电网络的供电负荷减少，馈线的线损也同时减少。一个好处是，减轻馈线的供电负荷可以使配电网运营人员延迟将来负荷增长而必须进行的电网升级改造。
c.当分散发电机容量达到600kW，发出的电量超过当地负荷需求时，虽然线路和变压器负载仍在热额定范围内，但电能将通过馈线返送到变电站，线损又会增加。
d.如果分散发电机容量增加到900kW，返送的电量又将使线损增加，而且超出它们原来的数值。在发电机容量较大，而当地负荷较小的情况下，返送电量将超过变压器或者架空线的热额定值。
由分散发电容量增加而造成的热限制通常首先发生在变电站设备中，如：变压器和开关柜，或者出现在电站容量比当地负荷大出几倍、而电网线径迅速变小的幅射状网络的终端。然而，更为经常的情况是，发生在电网末端的电压波动是首要的限制因素。
电压调节
当有功功率（P）和无功功率（Q）一起从输电网络流经馈线时，如馈线电阻为R，电抗为X，则沿线的压降大致计算为：
电流经馈线流向负荷时，在变电站和当地负荷之间形成一个电压差。当一台分散发电机的接入造成电流逆向流动时，在发电机和负荷端将出现电压抬高的现象。在输电状态，X值比R值大得多，电压波动是由无功电流造成的。然而在R与X相当（甚至R大于X）的配电网中，电压波动便同时受到有功和无功电流的影响。因此，在配电网终端、相对较高的线路电阻可以限制分散发电机有功功率的输出。电网、负荷和分散发电容量再次表明分散发电机对电压的影响。a～d条件下的当地电压情况可以描述为：
a.在没有分散发电机输出时，当地负荷端的电压为0.98pu，通过变压器调节，变电站电压为1.03pu；
b.当一台容量为300kW的分散发电机使送电负荷减少时，线路压降减少，当地电压升至1.02pu；
c.一台600kW容量的分散发电机将导致电流逆向流动，当地电压抬高并超过变电站电压（达1.06pu）；
d.一台900kW容量的分散发电机使电压进一步抬高，导致当地电压达到1.10pu，大大超过规定限值。这将启动过电压保护，从而断开分散发电机。
上述例子说明，馈线的反向电流决定电压的升高。当现地负荷比较大，分散发电机容量能够满足时，电压抬升便会较小。如果现地负荷减小，譬如一夜之间，过多的分散发电量输送到电网，那么电压抬升将加剧。造成变压器的分接开关（如果有的话）动作，或者过电压保护动作断开分散发电机。电压抬升的结果将大大限制连接到偏僻农村地区输电网络的分散发电容量。后面将阐述如何解决问题的办法。
故障水平
当电网发生短路故障时，所有的发电机都将提供故障电流。因此，电网的开关设备和分散发电机都要同时承受电网和分散发电机提供的故障电流。当接入点距输电网络较远时，线路阻抗增加，电网提供短路电流减少。当分散发电机接入后所提供的故障电流超过现有电网开关设备的允许值，必须更换开关设备。
暂态稳定
在负荷变化或者电网结构改变而形成的暂态过程中，分散发电机接入电网的能力取决于电网的地理位置、干扰性质以及分散发电机的特性。在暂态情况下，电网的稳定性减弱。一些分散发电机有助于系统恢复稳定，因此对配电网运营人员和开发商有利，这样的电站应该保持与电网的连接。而那些不能帮助系统恢复稳定的电站应该与电网断开。就整个系统的稳定性而言，目前分散发电机的发展水平不会有问题，但当可再生能源分散发电容量增加到2010年或者2020年的目标要求时，情况可能会有所改变，它将替代如今维持电网整体稳定的高储能热电厂。
保护动作和配合
在建分散发电机之前，配电网安全的运行是靠安装在电源、开关以及负荷处的保护装置的动作和配合来保证的。它保证了在传统配电网运行方式下用户的完整、可靠的供电。保护方案大多是为单向电流设计和配合的，若应用于双向电流将导致不稳定或者误动作。虽然可以通过调整设定值使分散发电机运行期间能获得有效保护，但当分散发电机停机时，也必须保证有效的保护动作。这种平衡的结果可能使电网失去以前的更严密的保护，因此必须仔细地进行评估。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200611/6648.htm
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