解析煤矿瓦斯发电厂并网对电网的影响

解析煤矿瓦斯发电厂并网对电网的影响

【摘要】笔者对煤矿瓦斯发电的基本内涵，以及现阶段我国煤矿瓦斯发电厂的建设和应用情况进行了分析，以此为基础深入分析了煤矿瓦斯发电的主要优势和应用价值，同时，根据我国电力系统建设和运行的基本情况，探讨了电网系统所受的煤矿瓦斯发电厂并网的影响，并分析了功率因数、运行频率、电压波动、供电电压和系统网损等对电力系统的影响。

【关键词】煤矿瓦斯发电厂；并网；电网

1、煤矿瓦斯发电

1.1 煤矿瓦斯发电的主要优势

第一，甲烷是煤矿瓦斯的基本成分，也是大气中的主要温室气体构成成分，其所产生的大气臭氧破坏作用约为CO2的22倍左右，若充分开发利用煤矿瓦斯，则能够大大减少碳的排放量。

第二，在各类煤矿事故中，煤矿瓦斯所导致的事故发生率最高，我国约有70%至80%的煤矿矿难的发生原因都在于瓦斯突出或爆炸，抽取煤矿瓦斯能够显著降低煤矿安全事故的发生率，降低矿道内瓦斯的含量。

第三，煤矿瓦斯的开发利用具有较大的经济效益，随着近年来国内外煤炭、天然气等传统能源价格的逐步提高，相关领域对于煤矿瓦斯开发利用的价值也逐渐受到了人们的关注，且煤矿工程的开采量也逐渐增加，工程施工成本有所降低。

1.2 煤矿瓦斯发电系统构成

瓦斯发电指的是在开采煤矿的过程中，通过燃烧瓦斯气中所产生的热能，获得大量的电能，是一种能量转化的过程。汽轮发电机、燃气轮机和燃气发动机是现阶段煤矿瓦斯发电过程中最为常用的三种发电形式。余热利用系统、并网供电系统、发电机组、煤层气输送系统是煤矿瓦斯发电厂的主要构成部分：第一，余热利用系统。通过利用煤矿瓦斯发电过程中出现的热量，能够有效降低常规能源的消耗量，改善人民的生活和工作环境。第二，并网供电系统。利用变压等设备将所发电能并入主电网。第三，发电机组系统。利用瓦斯爆炸做功发电的机组和辅助设备。第四，煤层气输送系统。将瓦斯气体利用管道由井下输送至地面的发电设备。

2、煤矿瓦斯发电厂并网运行

2.1 并网运行的基本内涵

并网运行指的是在正常运行的瓦斯发电机组工作状态下，与常规配电网主回

路中所产生的电气连接，通常将连接点称为“公共连接点”。经过逆变器连接、经过变压器连接、电缆直接连接等是电气连接的常用方式。

2.2 并网方式

根据有无电网功率交换，通常可将煤矿瓦斯发电机组并网运行划分为并网不上网和普通并网两类，其中，前一类指的是禁止外送瓦斯发电机组功率，也就是功率流向仅仅是由电网至瓦斯发电机组；后一类指的是向电网输送瓦斯发电机组的剩余功率。

2.3 并网电压

在煤矿瓦斯发电机组并网运行过程中，选择并网电压具有较为严格的规定，且直接受到发电机组容量的影响。通常情况下，瓦斯发电机组的并网配电系统为35kV以下等级的电压，按照不同的煤矿瓦斯并网发电机组容量，应对并网电压进行相应的选择，通常选择原则为越大的容量，其并网电压也应越大。

3、煤矿瓦斯发电厂并网运行对电网的影响

3.1 对功率因数的影响

电力系统中无功功率的充分支持是保持电力系统电压稳定性的基础，一旦煤矿瓦斯发电厂机组发生停止运行问题，则配电网络中会出现无功损失。为了确保煤矿瓦斯发电厂机组运行停止后电压系统运行的稳定性，最大限度降低配电系统对煤矿瓦斯发电厂机组的无功依赖性，应在高功率因数下使用煤矿瓦斯发电厂机组。

3.2 对运行频率范围的影响

只有保证电力系统内全部节点具有相同的频率，整个系统才能够保持稳定安全地运行。煤矿瓦斯发电厂机组并网运行过程中，应保证电网频率与机组的发电频率相同。因为煤矿瓦斯发电厂机组的容量偏小，因而其在系统中的比重也偏小，所以，启、停煤矿瓦斯发电厂机组并不会直接影响整个系统的频率，然而，煤矿瓦斯发电厂机组的运行会直接受到整个电力系统频率的影响。煤矿瓦斯发电厂机组并网运行过程中，可通过煤矿瓦斯发电厂机组同步发电机，保证电网频率和发电机频率的一致性。

3.3 对电压波动的影响

随着计算机网络设备的广泛应用，以及用电设备自动化程度的逐步提高，工业用电户对于电力资源供给的质量也在逐渐提高。从普通煤矿瓦斯发电厂的角度来看，其发电机组的惯性和容量都较小，因而所受的负荷变化影响较大。一旦煤矿瓦斯发电厂机组受到负荷变化的影响，若发电机组得不到适当的调整和控制，则实际负荷改变会与调整量不匹配，进而导致发电机出口部位长时间电压值发生

周期性波动。

3.4 对供电电压的影响

在煤矿瓦斯发电厂并网运行后，普通电力用户的用电电压将会受到输配电网络的直接影响。电网电压稳定会直接影响整个电力供应网络运行的稳定性，若一个电力负荷点发生电压质量的不良改变，则整个电力系统都会受到影响，严重者还会造成整个系统电压的完全崩溃，影响电力用户的正常用电。所以，应对瓦斯发电厂并网运行的电压实施良好的控制。

3.5 对配电系统电压分布和网损的影响

配电系统的电压分布和网损情况都会直接受到煤矿瓦斯发电厂的影响，常用的量化分析配电系统电压分布和网损情况的方法为潮流计算。现有的计算配电网潮流的方法并未对煤矿瓦斯发电厂实际情况进行充分考虑，所以，随着现阶段煤矿瓦斯发电厂并网运行的广泛实施，配电网潮流计算的困难性也有所增加，那些常规的潮流计算技术也不再适用于煤矿瓦斯发电厂，且潮流计算的有效性较低，所以，有必要对配电网络所受的煤矿瓦斯发电厂的影响进行分析和设计。

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