新能源场站π 接或T 接已建线路对电网的影响对比分析

毕京斌，丁 斌，王佩玲

（山东鲁中电力工程设计有限公司，山东 济南 250100）

0 引 言

随着全球能源转型和可再生能源的快速发展，新能源场站成为电网体系中不可或缺的一环。作为连接新能源场站与电网的关键技术，π 接和T 接接入方式的选择对电网的稳定性、潮流分布以及保护与控制系统具有深远影响。在推动新能源高效接入电网的背景下，文章旨在比较π 接与T 接的技术特性及其对电网运行的影响。通过深入分析，有助于优化新能源并网方案，为保障电网安全稳定运行提供理论指导，具有重要的理论价值和实践意义。

1 技术原理

1.1 π 型接入方式的技术原理

π 型接入方式是一种将新能源发电站通过2 条传输线路断开已有线路接入电网的结构设计。这种设计类似于π 的形状，发电站在中点（即π 的底部）产生电力，然后通过2 条外侧传输线路（即π 的2 边）连接到电网的2 个不同点上。在电气工程中，这种并联接入可以看作是在电网2 点之间加了一个具有确定阻抗值的新电源，意味着电力可以从这个中间点以2条路径被送往电网的其他部分。π 型接入方式的优点在于能够提供较好的电压稳定性和负载平衡能力。它允许电力在2 条传输线路上分配，因此有助于减轻单一线路的负载压力，降低损失，并提高供电的可靠性[1]。

1.2 T 型接入方式的技术原理

T 型接入方式则是将新能源发电站直接接入电网的一条主干线上，形状类似于字母“T”。这种方式是通过一条连接线将发电站接入主干线上的一个节点，使发电站产生的电力直接注入电网的该节点。T 型接入的好处主要是结构上的简洁性，与π 型接入相比，需要的传输线路较少，并且工程实施起来更为直接、成本较低[2]。然而，由于电力是通过单点注入，要求主干线在接入点具有充足的接收能力，否则可能引起电压波动或导致电网其他部分的负载不均衡。此外，T 型接入也可能对电网的保护和控制系统带来额外的要求，因此需要确保故障时新能源发电站能够迅速与电网解列，保障电网的稳定性。

2 π 接和T 接性能对比

2.1 网络稳定性和可靠性

在电力系统中，π 接和T 接作为新能源并网的2 种方案，对网络的短路容量和系统稳定性的影响有着本质的不同。一方面，π 接方式提供了双重接入点，通常能够增加系统的短路容量。这是由于从2 个不同位置将发电功率注入系统，增强了系统的供电能力，从而在应对电网造成的突击负载或发生短路时，π 接入的重复路径能够分担更多的电流，有助于限制故障后的电压跌落，提高了电网的整体稳定性[3]。此外，π 接可以通过其双入口特性在发生故障时提供一定程度的备用路径，增强了系统在面对单一点故障时的韧性，提升了故障响应和恢复能力。但这也意味着π 接的保护和控制系统更为复杂，需要在故障检测和故障隔离上做出更快速和准确的响应，以保持系统的稳定。

另一方面，T 接由于其设计的简单性，当新能源通过单一接入点并入电网时，系统的额外短路容量增加较少，可能导致系统在面临大规模新能源注入时，对故障的承受能力没有π 接方式强。T 接接入的新能源一旦发生故障，会导致整个节点的电压和稳定性受到较大影响，从而对电网的稳定性构成挑战。这样的结构在故障发生时，故障点的隔离更为迅速，但由于没有备用路径，系统的恢复能力较弱。因此，采用T 接的系统需要更多侧重于预防措施和系统稳定性控制技术的提升，以确保系统能迅速从局部故障中恢复。

2.2 经济性和成本效益

π 接和T 接作为新能源接入电力网的2 种不同方式，在经济性和成本效益上存在显著差异。一方面，由于π 接涉及在2 个接点接入电网，并包含更复杂的变电设施和保护系统，在建设阶段的初期投资相对较高，其运维费用会因多个接入点而增加，需要在多个地方进行维护和监控[4]。然而，考虑π 接通常用于更大规模的项目，其成本在整个项目中会被较高的发电量和更优的电网可靠性抵消，可以通过降低系统失效率和提高电网服务质量来提升整体的经济效益。

另一方面，T 接方式由于其直接的单点连接较为简单，建设成本通常较低，对于小规模或分布式的新能源项目，能够实现较快的投资回收。但如果新能源发电功率有大幅波动，会导致对电网稳定性的额外投入，增加运维成本。新能源接入后对电力市场的整体经济影响是多方面的，包括降低了能源成本。由于新能源通常具有较低的边际成本，其接入大规模使用可以减少对化石燃料的依赖，使整体电力价格水平下降。此外，项目的投资回收期将受发电效率、运维费用以及市场电价等因素的直接影响。

2.3 功率质量

当新能源场站通过π 接或T 接方案接入电网时，这2 种结构对电网的电压稳定性、谐波污染、闪变以及三相不平衡等功率质量指标都会产生不同的影响。由于π 接提供了2 个接入点，在面对负载波动和发电不稳定性时，这种结构能更加有效地维持电压稳定性，分散风险和影响，减少任意接入点所承受的压力。谐波污染在π 接方式下会得到一定程度的缓解，由于新能源场站的电力可以通过不同路径进入电网，分摊到各个路径上的非线性负载将会降低，相应地减少了谐波的产生[5]。对于闪变现象，π 接结构可以提供更稳定的电压，能够在一定程度上减少由大型新能源设备产生的瞬时负载变化造成的电压波动，进而减轻闪变。至于三相不平衡问题，π 接方案能通过2 个接入点平衡电流分布，有利于维持三相电流的均衡。

而对于T 接方式，由于所有的新能源功率都是通过单一点并入电网，电网对电压稳定性的控制更具挑战性，一旦发电功率突变对系统产生影响，整个连接点的电压都会受到较大波动。谐波污染在T 接方案中的影响会更加显著。因为所有从场站输出的电能都集中通过这个节点，并且谐波都将集中传播，所以更有可能引起电网的谐波问题。T 接对闪变现象的抑制能力会比π 接弱，任何新能源发电造成的电压波动都会直接通过单一连接点对电网产生影响。在三相不平衡的问题上，与π 接相比，T 接并未提供附加的平衡机制，使得三相不平衡问题更加突出，尤其是当场站出现一相的问题时，整个系统的平衡将受到冲击。

2.4 调度和控制能力

在电力系统调度和控制方面，π 接与T 接方案会对灵活性和控制难度造成不同的影响。采用π 接方式，其双重接入点的设计增加了调度的灵活性，使得对于供电路径和容量的管理更加灵活，有助于实现更为精细化的功率分配和优化。在面对新能源出力的波动性时，能够通过多个路径分散风险并调整输电路线，以适应不同的发电和负载条件。然而这种复杂的接入方式也提高了控制的难度，要求使用更高级的监控系统和智能控制算法来实时监测和协调2 个接入点的状态，以保持电网的稳定运行。解决这一问题的方法包括采用先进的电网管理系统，如集成了分布式能源管理系统（Distributed Energy Resource Management System，DERMS）或高度自动化的电网运维系统。

在对比π 接和T 接对新能源出力波动性的容纳和调频响应方面，π 接因具备分散风险的优势，在容纳新能源出力的波动性上表现更优。例如，当新能源出力突然增加或减少时，π 接方式可以调整2 个接入点中的1 个或2 个来应对这种变化，不仅可以稳定电网，还能减少对传统电源的调频需求。而T 接方案的单点进入特性决定了对波动性的响应可能会更加直接和剧烈。该节点出现的任何出力波动都需要通过更传统的调频服务来平衡，会给调度带来较大的压力，并且需要更多的备用容量来处理突发的功率波动。

3 案例研究

以某个位于风能资源丰富区域的大型风电场站为例，该风电场站决定接入现有的电力网络。由于该风电场的规模较大，管理方在设计并网方案时面临选择π 接或T 接的决策。选择π 接方案后，风电场利用2 个分离的点接入电力系统，为电力调度和控制带来了一系列的优势。具体而言，当地风力的波动性较强，π 接方式使得该风电场在风速变化引起的输出波动时，能够通过2 个不同的路径灵活地分配功率，确保对电网稳定性的影响降至最低。同时，这2 个点分别接入电网意味着对于谐波污染、闪变及三相不平衡等问题有更好的缓解作用，可以利用并网点之间的冗余来调整电力输出，以应对这些问题。然而在控制和调度方面，该风电场的管理团队需要使用智能算法和实时数据分析来同时监控这2 个并网点，并确保风电场的输出与电网的需求和容量相匹配。

相比之下，如果选择T 接方案，风电场仅通过单一点并入电网。在初期，该方案对控制系统和基础设施的要求较低，因此更为简单、成本效益更优。然而，当面临风速的快速变化时，通过单一并网点传递的所有功率波动会直接影响电网，导致电网频率和电压的稳定性问题，增加了调频和紧急响应资源的需求。除此之外，风电场的单点输出成为谐波和三相不平衡问题的热点。因为全部负载和不平衡都集中在单一输出上，所以电力调度员需要更加频繁地调整电网中的传统电源，以维持系统稳定，增加了额外的运营成本。

4 未来展望

随着电网朝着智能化、低碳化、分布式发电以及高比例可再生能源并网的趋势发展，π 接和T 接方案的适用性及其技术改进方向成为重要的讨论话题。考虑电网的复杂性增加，以及人们对系统的稳定性和灵活性要求的提高，π 接方案更有助于满足未来电网的需求，能够提供更加灵活的能量流管理和更好的风险分散机制，尤其是在大规模分布式发电和波动性较大的新能源并网场景下。潜在的技术改进方向包括发展更加先进的电网管理软件，利用人工智能和机器学习技术优化调度算法，实现更高效和精确的实时数据处理能力，并提升电网自适应和自愈能力，从而有效处理复杂并网时的各种挑战。

而T 接方案虽然在短期内仍有简洁性和成本效益的优势，但在适应未来电网发展的过程中，该方案需要集成更多的技术创新以保持其竞争力，包括提高电网节点的功率电子设备的性能。例如，应用先进的静态同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）或柔性交流输电系统（Flexible Alternative Current Transmission Systems，FACTS）以增强单点接入的电网支持能力，同时开发更灵敏的预测工具来管理由间歇性能源波动导致的电力输出。

5 结 论

π 接方式因其灵活性和小幅度影响电网稳定性，在新能源大规模接入背景下显现优势，能够解决接入难题，适应电网变化。尽管初期成本高，运营管理复杂，但适合处理高波动性和分布式资源。相比之下，T 接方式短期成本低，适用于小规模稳定用电环境，但面对能源波动和系统稳定性挑战较大。未来，π 接方式需要技术创新与智能控制支持，而T 接方式需要在硬件和预测能力上提升。电网规划应考量当前状况和未来战略，并促进技术进步，优化系统管理。建议在新能源项目中优先考虑π 接，结合智能化投资来提升效率，而对于小型或预算有限项目，可选T 接并运用技术降低风险。电网规划应持续动态调整，以适应技术发展和市场变化，确保电网的可持续发展。