針對(duì)光伏電站的無(wú)功補(bǔ)償容量配置的問(wèn)題分析

    針對(duì)光伏電站的無(wú)功補(bǔ)償容量配置的問(wèn)題，本文通過(guò)分析已投運(yùn)的光伏電站的無(wú)功需求，電站自身具有的無(wú)功提供特性，和實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出現(xiàn)行電網(wǎng)要求裝機(jī)容量的20%～40%的無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)置偏大，導(dǎo)致無(wú)功設(shè)備容量閑置浪費(fèi)，或運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

    近幾年投運(yùn)的光伏電站數(shù)量很多，在運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)電站的無(wú)功補(bǔ)償容量配置上存在偏大的問(wèn)題，直接致使初期投資，后期維修維護(hù)費(fèi)用增加，和光伏電站無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。本文通過(guò)電站的無(wú)功需求和電站的無(wú)功提供特性出發(fā)討論了配置過(guò)大幾個(gè)理由。

    1.光伏電站的無(wú)功需求

    在電站運(yùn)行中主要的無(wú)功消耗設(shè)備就是大量的感性元件—升壓變壓器，對(duì)它的需求認(rèn)識(shí)能從根本上了解配置補(bǔ)償容量的大小。目前大中型并網(wǎng)光伏發(fā)電普遍采用1MWp容量作為一個(gè)發(fā)電單元，每個(gè)單元一臺(tái)升壓變壓器，容量為1000KVA，就地升壓匯集并網(wǎng)。變壓器均為性能較好的S11或其他變壓器，其空載和負(fù)載損耗相對(duì)較小。根據(jù)參數(shù)測(cè)算變壓器無(wú)功需求。（以我公司光伏10MWp電站為例）其他電站情況類似。

    變壓器參數(shù)：

    變壓器型號(hào)：ZGSF11—Z.G—1000/10

    容量：1000KVA；

    短路阻抗：5.1%；

    變壓器空載電流比：0.36%

    電站變壓器臺(tái)數(shù)：10；

    根據(jù)變壓器的無(wú)功損耗計(jì)算公式：

    ……1

    —無(wú)功損耗，—空載電流百分?jǐn)?shù)，—短路阻抗百分?jǐn)?shù)，—變壓器額定容量，—負(fù)載系數(shù)

    通過(guò)變壓器無(wú)功需量測(cè)算，得出在不同負(fù)荷下需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功大致數(shù)值。

    其中看到最大的無(wú)功需要量是546KVar，最小需要量36KVar，根據(jù)統(tǒng)計(jì)光伏發(fā)電的平均發(fā)電負(fù)荷在60%左右，就是無(wú)功需量200KVar左右，顯然按照電網(wǎng)要求的最低無(wú)功補(bǔ)償容量20%計(jì)，即2000KVar，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出，即便按照最大的需求量計(jì)算應(yīng)該在600Var左右，僅為要求配置容量的33%。加上余度考慮最多50%，即總補(bǔ)償?shù)娜萘坎怀�過(guò)總裝機(jī)容量的10%。

    2.光伏電站自身分布電容具有補(bǔ)償功能

    2.1 注意到光伏電站在夜間停止發(fā)電時(shí)段內(nèi)關(guān)口計(jì)量的反向無(wú)功電量增長(zhǎng)數(shù)值為零，大致可以確定站內(nèi)的分布電容量提供的無(wú)功與空載時(shí)的變壓器時(shí)消耗的無(wú)功量相當(dāng)或稍大。對(duì)于站內(nèi)敷設(shè)電纜、輸出線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)的光伏電站而言，分布電容量會(huì)更大些。

    2.2 逆變器具有無(wú)功調(diào)節(jié)的功能。光伏電站中能夠提供無(wú)功的設(shè)備中除了補(bǔ)償裝置外還有逆變器。作為光伏電站的關(guān)鍵設(shè)備，不僅有將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的功能外，還具有有、無(wú)功調(diào)節(jié)的功能，在逆變器處于額定轉(zhuǎn)換功率內(nèi)時(shí)，可以自動(dòng)進(jìn)行無(wú)功輸出量的調(diào)節(jié)，以此可以保持電站無(wú)功平衡。如在低功率輸出階段，逆變器保持較低的有功輸出，同時(shí)保證有適量的無(wú)功輸出，使得在電站運(yùn)行在低功率階段時(shí)沒(méi)有必要投入專門(mén)的無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。

    3.實(shí)際光伏電站補(bǔ)償裝置運(yùn)行情況

    裝機(jī)10MWp的光伏電站內(nèi)設(shè)置三套容量為700KVar的電容組補(bǔ)償裝置，投切方式是手動(dòng)投切，以單組投入時(shí)電站總體無(wú)功輸出在+300KVar—+700KVar間變化，單組切除后波動(dòng)范圍在—300KVar—+300KVar間，顯然投入三分之一的配置補(bǔ)償容量來(lái)看也已經(jīng)過(guò)補(bǔ)了。

    以總裝機(jī)容量20MWp光伏電站的無(wú)功補(bǔ)償裝置類型為SVG，補(bǔ)償容量4000KVar為例，運(yùn)行中出現(xiàn)的最大無(wú)功需求為1500KVar，通常在1000KVar左右波動(dòng)，按照最大需求計(jì)算也僅為為要求配置容量的37.5%，多余設(shè)置了一半以上的容量。

    4.容量設(shè)置過(guò)大的負(fù)面影響

    過(guò)大的容量配置要求增加了設(shè)備購(gòu)置、安裝、維護(hù)費(fèi)用。造成初期投入增加，后期維護(hù)量增加。單組電容器組容量過(guò)大時(shí)會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)引起電站側(cè)電壓抬升過(guò)大，引起過(guò)電壓的可能性增加。由于存在著容量越大基礎(chǔ)損耗增加越大的情況，會(huì)造成補(bǔ)償變壓器的空載損耗、裝置的冷卻損耗等損耗的增加；比如4000Kvar的補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)損耗顯然要比2000Kvar的要大的多。總之，會(huì)造成成本過(guò)高、費(fèi)用增加、使用效率和經(jīng)濟(jì)效益的降低。

    5.結(jié)論

    根據(jù)光伏電站無(wú)功需求量的測(cè)算和電站自身分布電容容量估計(jì)，及實(shí)際光伏電站運(yùn)行中的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，電網(wǎng)要求光伏發(fā)電站的補(bǔ)償容量配置遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)際需求容量。對(duì)光伏電站的運(yùn)行存在著加大的負(fù)面影響。<