小型水电站接入配电网中对电压的影响研究——评《小水电站设计要点》

朱然楷

姜晨光主编化学工业出版社出版

中国作为农业大国，自古就已经意识到兴修水利的重要性，如都江堰、大运河等水利工程为我国农业经济发展做出了巨大贡献。随着社会发展与科技进步，现代社会的水利工程拓展了对水资源的利用范围，比如水力发电。水电工程是我国民生工程的重要部分，通过兴修水电站，我国居民的用电需求得到满足，社会发展进一步加快。近年来，小型水电站（简称小水电）的发展日益繁荣，小水电接入国家配电网，提高了社会用电效率，小水电成为民生工程的一大热点。但是，将小水电接入配电网后，其对电网电压产生了较大影响，因此小水电接入配电网后的电压调整成为水电工程的重点关注内容。由姜晨光主编、化学工业出版社出版的《小水电站设计要点》详细阐释我国小型水电站的建筑设计、相关计算以及技术要点，为我国小水电接入配电网的电压研究提供了理论参考。

《小水电站设计要点》全书共九章：第一章阐述水电站的相关知识，分析我国利用水力资源进行发电的现状，并解释其功率、发电量等基本特征参数，论述水电站类型以及设计要求，详细介绍小水电的设计原则；第二章介绍水电站进水口设计，通过进水口功能要求，全面展示其有压进水口、无压进水口以及沉沙池的设计，并选用经典实例作为参考；第三章与第四章介绍引水道与压力管道的设计，包括工程特点、设计方式、结构形式；第五章为相关计算，在详细分析水电站水击问题的基础上，给出基本方程以及计算方法，并探讨机组转速的计算方法与水击调节保证；第六章为调压室，通过图解法进行调压室水力以及水位波动稳定分析；第七章与第八章为水电站厂房设计，主要内容包括地面厂房规划设计以及建筑物的结构设计；第九章为技术改造，详细分析小水电设计与性能，基于此，提出技术改造的方法以及指标要求。

水力发电可以实现水能与电能的转换，且污染少、可持续再生，因此具有较高的经济效益与生态效益，是目前应用较为广泛的清洁能源，且小水电在接入配电网后，可以提高当地电力供应能力，缓解电能储存不足的状况。由此可见，小水电的运行与维护具有重要作用。但不同于大型水电站由国家主持修建，大部分小水电工程项目由地方政府或清洁能源企业修建，其设计与规划可能并不全面，对水力发电效率造成一定影响。这些客观因素导致小水电在接入配电网后，其电压波动、功率变化以及潮流分布等都受到严重影响，使小水电的社会效益大打折扣。下面对小水电接入配电网后的电压影响进行分析。

一般来说，小水电属于分布式电源，因此在接入配电网后，其电压、功率等极易受到水力发电出力状况的影响。小水电的出力状况与水量大小具有极为密切的关系。在枯水期，流量较小，小水电发电能力较弱，电压可能会出现过低状况；而在丰水期，流量较大，水电站发电能力提高，大量电能的产生可能会导致运行电压过高。这种电压不稳定的情形会对配电网的安全运行产生重大影响，引发安全隐患。

在将小水电接入配电网后，相关研究人员对其整体进行分析发现，配电网以网状辐射发挥作用，通过设备元件的连接实现电流输送，尽管各设备元件之间的连接方式较为多样，电网结构极为复杂，但电力系统潮流沿着线路向外辐射输送时，电压逐渐下降的特性较为稳定，而将小水电引入配电网后，小水电的出力状况直接影响接入两端的负荷需求，导致配电网潮流分布发生显著变化。当小水电出力较大时，接入两端电压升高，功率随之增大，潮流负荷随着线路向末端输送时，末端电压可能会出现过高的情形，尤其在夏季丰水期末端电压过高的情况更为显著；当小水电出力较小时，接入两端电压过低，此时无功发力情况较为明显，随着潮流负荷的输送，可能会造成线路末端电压偏低的情形。在生活用电中，电压偏高可能会造成电器损坏，而电压偏低则会导致功率不足，电器无法发挥作用，可见，小水电接入配电网后电压的不稳定将对当地居民的正常用电造成严重的影响。因此，针对小水电接入配电网后的电压控制与调节措施尤为重要。

通过分析电网运行规律，并参考《小水电站设计要点》一书，我国水电工程专业人员提出具体调控措施来稳定小水电接入配电网后的电压。如线路调压器可快速调整配电网电压，将其安装在线路电压变化较大的线段，即可检测其功率大小与电压运行状况，并迅速做出调整，使配电网电压更加合理稳定。此外，也可通过调节水电站机组励磁装置进行电压控制，这一方法可对小水电形成电源进行控制，从而实现稳定配电网电压的目的。除此之外，增设电容器、加宽输送线路等都可以调节配电网电压，这些方法能够有效抑制电压波动，为当地居民安全用电提供坚实保障。