可再生能源接入对AVC系统的影响与要求分析

可再生能源发电的输出功率具有波动性和随机性，使得可再生能源发电接入电网时，对电网产生的影响大大超过了常规发电，这对电网提出了更高的要求。下面将从可再生能源发电本身和电网等几个方面进行介绍。

1.可再生能源发电入网的规划

可再生能源发电虽然具有投资省、损耗低、系统可靠性高、选址容易、效率高、能源种类多样等优点，但是如果不适当的接入位置和接入容量将会对电网的网损、电压质量、功率平衡以及可靠性造成严重的影响。所以在可再生能源发电入网时，必须要考虑这些因素的影响。目前在考虑自然环境因素许可的条件下，对可再生能源入网的规划时，一般把可再生能源当成PQ节点，如果可再生能源发电具有无功调节能力时，也可以当成PV节点，然后以网损、电压偏移、可靠性、经济性等目标，以接入点和接入容量为可变变量，选择其中的一个做单目标或者多个构成多目标函数，以优化算法对可再生能源发电进行选址和定容的研究。

2.可再生能源电站配置无功补偿装置

以风力发电中的异步发电机为例，异步发电机发电需要建立旋转磁场，需要从电网吸收无功功率，当电网本身无功功率不足时，将会造成配电网电压急剧的下降甚至崩溃。同时，风力发电的有功功率输出与风速成正相关特性，具有随机性和波动性的特点，这样也会造成风力发电厂接入点电压发生波动，不利于风力发电的控制与使用。通常会在风力发电机或者风力发电厂接入点并联无功补偿装置，以补偿异步发电机吸收的无功功率，抑制并网点电压的波动，同时，这能提高风电场的低电压穿越能力。

风电场无功补偿容量的确定需根据风电场接入系统后造成的影响来确定。如果风电场接入系统后对电网的电压影响较大，此时需根据电网的年运行特性、接入点的短路容量、周边发电厂的特性及风电场的运行特性经系统仿真后确定。这种情况不仅需要配置容性无功功率，还需要配置感性无功功率。此时，供电局对风电场的考核是接入系统侧的电压而不应该是功率因数。如果风电场装机容量小，对电网影响小的风电场只需要考虑风电场内部线路的充电无功功率、变压器消耗的无功功率和风机的无功功率即可。此时供电局对风电场的考核是接入系统侧的功率因数而不是电压。对于电网的电压和功率因数，风电场无功补偿容量配置只能保证其中一项兼顾另外一项。

另外，以小水电为例，水电机组运行方式与水的情况关系密切。在丰水期，小水电满发满供，将大量剩余电力向电网输送；而在枯水期时，小水电发电量小，电网要向下输送功率。这就造成了丰水期和枯水期的年度运行方式变化大，严重影响了电能质量，造成丰水期电网电压水平偏高，枯水期时，电网电压偏低，使得地区难以维持在合格的电压水平。根据无功与电压之间的关系，可以在小水电站安装电容器和电抗器，在丰水期电压高时，投入电抗器以吸收无功功率；在枯水期电压低时投入电容器以发出无功功率，使得水电站周围电压偏移在合理的范围之内。

3.电网无功补偿装置容量

自动电压控制指的是通过控制无功电源、有载调压器分接头和无功补偿装置来调节电网的电压，以达到电压质量最好和网损最小。当可再生能源发电接入配电网时，为了应对可再生能源发电具有的输出功率的波动性和随机性，以及可再生能源电站启停作用的影响，需要对接入可再生能源的配电网重新计算并配置无功补偿装置。首先，在可再生能源正常运行时，无功补偿装置容量能够平抑可再生能源发电造成的电压的波动性；其次，在可再生能源发电停运时，也能确保配电网的电压不越下限，始终保持在合理的电压范围内。(www.xing528.com)

4.动态无功补偿装置的应用

目前，国内的无功补偿装置大多是电容器和电抗器，使用静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）的很少，其原因是相同容量下SVC的价格比电容器和电抗器昂贵许多。但是随着国民经济的发展，对电网提出了更高的要求，以及传统的电容器和电抗器只能够分组投切，并且在电网电压下降时，电容器发出的无功功率也下降，不利于电压的稳定性，国内开始逐渐在使用SVC。SVC不仅能够发出无功功率和吸收无功功率，而且还具有连续平滑的调节能力。在一些可再生能源电站既要吸收无功功率又要发出无功功率时，SVC能够很好地满足要求。同时，由于SVC具有平滑的调节能力，不会造成电容器投切时电压的闪变，在电网和可再生能源电站安装动态无功补偿装置，能实现AVC对电压的精细调节。另外，还可以考虑SVC和电容器或电抗器的组合使用，在SVC调节范围内时，使用SVC进行调节，当SVC调节不够时，投入并联电容器或者电抗器，然后无功不足或者过多时，使用SVC进行精细调节。这样，既可以发挥SVC精细调节的能力，又可以减少无功补偿装置的费用。

5.有载变压器的应用

目前配电网中变压器大部分使用的是还是无载调压器，由于无载调压器不能在运行的情况下进行分接头档位的切换，使得电压的调整能力受到了限制。在配电网中，如果可再生能源不参与无功调节，或者可再生能源无功调节能力有限，当电网无功补偿装置不足时，需要对变压器档位进行调节，以提高或者降低配电网的电压水平。如果使用的是无载调压器，则不能进行在线调整变压器挡位，电压不能得到调整。同时，由于可再生能源的波动性以及可再生能源发电启停的影响，仅仅依靠无功补偿装置有时候是不能把电压调整在合理的范围内的，这时需要有载变压器进行在线的调整档位以应对电压的变化。

6.可再生能源发电与电网AVC的互动

根据目前可再生能源的发展情况来说，还没有实现可再生能源无功调节与电网AVC的互动。在可再生能源发电中，风力发电功率较大，并且大部分风电场都安装有无功补偿装置以满足风电功率因素满足入网标准。根据国家电网公司《风电场接入电网技术规定（试行）》做出的规定：仅靠风力发电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要，需要考虑在风电场加装无功补偿装置。风电场无功功率应当能够在其容量范围内进行自动调节，使风电场变电站高压侧母线电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％，一般应控制在额定电压的-3％～7％。此外，还规定功率因数应控制－0.98～＋0.98。作为接入配电网的有功电源，风力发电的无功功率不参与电网的无功电压调整，使得电网的电压水平保持在合理的范围内更加困难。同时，小水电也面临着相同的问题，也是在规定的功率因数范围内运行而不参与无功调整。随着配电网AVC的发展实施和可再生能源的大规模接入电网，可再生能源发电中具有无功调节能力的机组会逐步纳入电网AVC调控的范围内，实现可再生能源发电与电网AVC的互动，以确保拥有更好的电压水平和更低的网络损耗。

7.可再生能源孤岛运行时AVC控制能力

孤岛运行是指系统发生扰动以后，如果引起跳闸，有可能使可再生电源带着一部分配电网继续运行，形成孤岛。孤岛运行主要分为两种，即计划孤岛运行和非计划孤岛运行。计划孤岛运行是根据分布式电源容量和本地负荷的大小，确定合理的孤岛区域，与系统断开后，仍能保证小系统的稳定运行。这时孤岛范围内的有功功率和无功功率平衡都需要依靠可再生能源发电和孤岛范围内的无功补偿装置。由于孤岛运行时，可再生能源发电占孤岛运行发电的比例会大大的上升，甚至有功电源仅有可再生能源发电，这时，孤岛运行的无功功率、有功功率将会随着可再生能源发电的波动而波动。这也对孤岛运行的AVC控制能力提出更高的要求即连续瞬时调节能力、无功补偿容量、实施监测与控制电压在合理范围内。