針對光伏電站的無功補償容量配置的問題分析

    針對光伏電站的無功補償容量配置的問題，本文通過分析已投運的光伏電站的無功需求，電站自身具有的無功提供特性，和實際生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出現(xiàn)行電網(wǎng)要求裝機容量的20%～40%的無功補償裝置設(shè)置偏大，導(dǎo)致無功設(shè)備容量閑置浪費，或運行不經(jīng)濟。

    近幾年投運的光伏電站數(shù)量很多，在運行期間發(fā)現(xiàn)電站的無功補償容量配置上存在偏大的問題，直接致使初期投資，后期維修維護費用增加，和光伏電站無功補償運行不經(jīng)濟現(xiàn)象。本文通過電站的無功需求和電站的無功提供特性出發(fā)討論了配置過大幾個理由。

    1.光伏電站的無功需求

    在電站運行中主要的無功消耗設(shè)備就是大量的感性元件—升壓變壓器，對它的需求認識能從根本上了解配置補償容量的大小。目前大中型并網(wǎng)光伏發(fā)電普遍采用1MWp容量作為一個發(fā)電單元，每個單元一臺升壓變壓器，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，其空載和負載損耗相對較小。根據(jù)參數(shù)測算變壓器無功需求。（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：ZGSF11—Z.G—1000/10

    容量：1000KVA；

    短路阻抗：5.1%；

    變壓器空載電流比：0.36%

    電站變壓器臺數(shù)：10；

    根據(jù)變壓器的無功損耗計算公式：

    ……1

    —無功損耗，—空載電流百分數(shù)，—短路阻抗百分數(shù)，—變壓器額定容量，—負載系數(shù)

    通過變壓器無功需量測算，得出在不同負荷下需要補償?shù)臒o功大致數(shù)值。

    其中看到最大的無功需要量是546KVar，最小需要量36KVar，根據(jù)統(tǒng)計光伏發(fā)電的平均發(fā)電負荷在60%左右，就是無功需量200KVar左右，顯然按照電網(wǎng)要求的最低無功補償容量20%計，即2000KVar，遠遠超出，即便按照最大的需求量計算應(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%，即總補償?shù)娜萘坎怀�過總裝機容量的10%。

    2.光伏電站自身分布電容具有補償功能

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

    2.2 逆變器具有無功調(diào)節(jié)的功能。光伏電站中能夠提供無功的設(shè)備中除了補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、無功調(diào)節(jié)的功能，在逆變器處于額定轉(zhuǎn)換功率內(nèi)時，可以自動進行無功輸出量的調(diào)節(jié)，以此可以保持電站無功平衡。如在低功率輸出階段，逆變器保持較低的有功輸出，同時保證有適量的無功輸出，使得在電站運行在低功率階段時沒有必要投入專門的無功補償裝置來進行補償。

    3.實際光伏電站補償裝置運行情況

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

    以總裝機容量20MWp光伏電站的無功補償裝置類型為SVG，補償容量4000KVar為例，運行中出現(xiàn)的最大無功需求為1500KVar，通常在1000KVar左右波動，按照最大需求計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)置過大的負面影響

    過大的容量配置要求增加了設(shè)備購置、安裝、維護費用。造成初期投入增加，后期維護量增加。單組電容器組容量過大時會造成過補償現(xiàn)象，同時也會引起電站側(cè)電壓抬升過大，引起過電壓的可能性增加。由于存在著容量越大基礎(chǔ)損耗增加越大的情況，會造成補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的補償裝置的基礎(chǔ)損耗顯然要比2000Kvar的要大的多。總之，會造成成本過高、費用增加、使用效率和經(jīng)濟效益的降低。

    5.結(jié)論

    根據(jù)光伏電站無功需求量的測算和電站自身分布電容容量估計，及實際光伏電站運行中的統(tǒng)計來看，電網(wǎng)要求光伏發(fā)電站的補償容量配置遠遠超出了實際需求容量。對光伏電站的運行存在著加大的負面影響。<