針對光伏電站的無功補(bǔ)償容量配置的問題分析

    針對光伏電站的無功補(bǔ)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(jī)容量的20%～40%的無功補(bǔ)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(jì)。

    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(bǔ)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(hù)費用增加，和光伏電站無功補(bǔ)償運行不經(jīng)濟(jì)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(rèn)識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(fù)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?jǐn)?shù)，—短路阻抗百分?jǐn)?shù)，—變壓器額定容量，—負(fù)載系數(shù)

    通過變壓器無功需量測算，得出在不同負(fù)荷下需要補(bǔ)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(fù)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(bǔ)償容量20%計，即2000KVar，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(bǔ)償?shù)娜萘坎怀�過總裝機(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(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(jìn)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(bǔ)償裝置來進(jìn)行補(bǔ)償。

    3.實際光伏電站補(bǔ)償裝置運行情況

    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(bǔ)償容量來看也已經(jīng)過補(bǔ)了。

    以總裝機(jī)容量20MWp光伏電站的無功補(bǔ)償裝置類型為SVG，補(bǔ)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(fù)面影響

    過大的容量配置要求增加了設(shè)備購置、安裝、維護(hù)費用。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大時會造成過補(bǔ)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(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，會造成成本過高、費用增加、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(bǔ)償容量配置遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實際需求容量。對光伏電站的運行存在著加大的負(fù)面影響。<