大型水电站并网运行方式与水力干扰分析

大型水电站并网运行方式与水力干扰分析
摘要：我国拥有较多的大型水电站，这些水电站不仅能够给我们提供清洁能源，保证部分地区的用电量，同时还能够改善河流的航运条件，提升河道的经济价值。

近些年来，我国在推进可持续发展的战略，火力发电虽然成熟，但是在发电的过
程中需要消耗大量的化石能源，不仅会对环境产生污染，同时还会造成资源的消
耗枯竭，因此发展水力发电在我国能源结构调整的过程中将是非常重要的。

水电
站发电之后需要通过并入电网才能够将电能输送给用户，而水电站并网运行的方
式有不同的类型，与之产生的水力干扰也不尽相同。

本文分别针对水电站不同并
网运行方式和水力干扰进行了分析。

关键词：水电站；并网运行方式；水力干扰
引言
通常水电站利用地形的优势，建立蓄水大坝，获得足够的水流落差，利用水
流高速流下时所具有的势能冲击水轮机组，带动发电设备进行发电。

这种发电方
式非常适合我国这种地势落差较大、河流分布广泛的国家。

并且近几年随着我国
环保措施的实施，各行各业纷纷开始转型，而电力作为我国的基础能源产业，是
经济社会发展进步的基础。

所以近几年电力行业也将目光转向了新能源发电项目，相比于风能、太阳能发电，水力发电有着更加成熟的建设经验和更加高效的发电
措施，将会在未来的时间中发挥越来越重要的作用。

水电站运行可以分为并网和
孤网运行两种，而目前大多数的水电站都是通过并网运行的。

而在并网运行中根
据运行方式的不同又可以分为功率调节运行方式和频率调节运行方式，这两种方
式在运行过程中会产生不同的水力干扰作用。

一、水力干扰的介绍
水力干扰是水电站运行过程中常见的现象之一，一般造成这种现象的原因是
出现突然地甩负荷或者负荷增加，而在同一个水力单元中有多台机组共用，如果
其中的部分机组出现了上述情况，会造成其他机组的负荷瞬间增加或者降低。

而
这样用水的状况便会出现变化，平时设定的水位、压力情况便不再适用。

这种波
动不仅仅会给仪表和发电机组设备带来较大的冲击，而且还会影响电网参数的稳定。

而在大型水电站中，水力干扰噪声的水位变动影响不仅仅会影响发电机组的
运行，使得有些发电机组工作在不正常的状态，而且还会给电网的稳定性带来一
定的影响。

当水力干扰对发电机组产生较大的影响时，部分机组因为水力波动的
变化，会出现脱机的状况，造成电网电压的急剧下降，电网频率也会因此出现较
大的波动，给用户用电安全带来巨大的影响。

二、水电站并网运行方式及水力干扰分析
水电站在并网的过程中为了能够保证电网工作的稳定性，一般会设置专门的
调功或者调频机组，当水电站发出的电能进入电网时，可以通过功率或者频率的
调节，保证电网电压和频率的稳定性，防止出现电网的震荡。

而在不同的工作方
式之下，水力干扰对水电站并网运行的影响可能存在差异，所以要想针对水力干
扰进行调节，必须了解不同并网运行方式下，水利干扰带来的影响。

1、并网运行方式
水电站的并网运行方式包括调功运行和调频运行。

当机组在并网调功的方式
下运行时，一旦出现同一水力单元中的机组出现了甩负荷事故，并网调功的方式
能够利用调速器信号控制倒也的开启或者关断。

我们在转速调节的回路上设置一
个频率阈值范围，当同一水力单元中的机组出现甩负荷导致严重的频率振荡时，
回路检测到超出阈值范围系统便会自动阻断其他回路的运行，并且通过自动开启
倒也来调整机组的功率稳定。

机组在并网调频方式下运行时，如果在同一水利单
元中出现了部分机组甩负荷的情况，而此时机组所并入的电网容量足够大，这时
整个电网的频率不会发生大的振荡，而未甩负荷的机组受到电网拖动的影响转速
不会发生明显的变化。

但是相反，如果机组并入的是容量较小的电网，电网出现
甩负荷现象导致出力失衡且出现频率波动后，调频机组通过控制导叶开启和关闭
来保持电网频率的正常。

导叶的开启程度由电网频率大小决定，若电网频率增加，那么开度减小，若电网频率减少，那么开度增大。

2、孤网运行方式
孤网运行方式可以分为单机孤网和多机孤网，所谓单机孤网是指在一个水力
单元中，只有一台机器运行，而多机孤网是指有多台机器共同并入电网。

在单机
孤网中如果出现甩负荷的情况，那么在水力干扰的作用下将会增加发电机的转速，而此时产生的频率与转速相同。

鉴于此，我们可以利用机器转速作为频率监控的
指标，并且将该信号引入至调速装置。

在多机孤网中，如果出现部分机组甩负荷，由于此时系统有功突然降低，电网频率将会降低，在水力干扰的影响下会使受扰
机组增加有功输出。

但是这种增加现象速度太慢，无法及时到达负荷，会给电网
产生一定的破坏。

3、水力干扰
一般考虑水力干扰指标的因素为电机做功的多少，电机在工作的过程中一般
电压会保持在稳定的状态，但是电流可能会出现一定程度的变化，所以在评价水
力干扰时可以只考虑电流的变化情况。

当机组运行在并网调功状态下时，。

在并网调功的作用下，若水力单元在运
行过程中某一个机组出现甩负荷现象，造成压力出现严重变化，那么同机组中仍
正常运行的就势必要受到影响，出现波动。

而机组中的调速系统感应到波动后会
立即将波动信号发出，并在信号发出的同时利用启动或者关闭导叶对整个机组进
行去全面调整，控制波动作用，保证机组电流稳定，最后保证电网出力的稳定。

而当机组运行在并网调频状态下时，如果出现类似现象，系统做出的反映基
本与调功状态下是一致的。

此时，机组中的调速系统也会将电网波动及时的向下
传输，通过调整导叶的工作状态对电网运行进行调节，防止出现较大的电网波动。

而调频方式如果并入大容量电网中，基本不会发生掉负荷的现象，因为大容量电
网本身具备较强的抗干扰能力，即使出现了一定的波动情况，大容量电网也能够
凭借自身的稳定性将波动影响降到最低。

当然在并理想大电网的情况下，水力干
扰对调功运行状态的影响更大，无法保证系统的稳定系。

当机组运行在孤网状态的过程中，通过上述的分析我们可以发现当在单机孤
网状态下时，系统出现掉负荷会使整个电网受到水力干扰的影响，此时速度感应
装置将会进行信号传播，同时改变导叶的运行状态，从而稳定电网。

而在多机孤
网状态下，如果部分机组出现掉负荷会使其他机组的负荷量瞬间增加，如果水电
站的机组无法满足电网运行的要求，其他地区的电站需要对缺失的能量进行补充，这样整个影响范围将会进一步扩大，最终导致电网系统故障，无法进行水力干扰
的分析。

结束语
水电站并网运行对于我国的用电来说是非常重要的环节，既能够保证我国的
电力供应，又能够降低对环境的污染，实现可持续发展。

通过本文的分析发现，
水电站水力干扰与其并网运行方式之间存在着密切的联系，要想做好电站的水力
干扰分析应该结合其电站并网运行方式。

并且针对不同的并网运行方式其水力干扰也不同，所以应该清楚那种运行方式是最主要的扰动因素。

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