光伏電站電量不平衡綜合廠用電率偏高原因分析及問題解決

陳新強(qiáng)

（甘肅大唐新能源有限公司，甘肅隴南 742107）

光伏電站電量不平衡綜合廠用電率偏高原因分析及問題解決

陳新強(qiáng)

（甘肅大唐新能源有限公司，甘肅隴南 742107）

針對(duì)光伏電站綜合廠用電率和電量不平衡率偏大問題進(jìn)行原因分析并采取了措施解決了問題。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的缺陷處理和檢修實(shí)際，總結(jié)出了一些計(jì)量方面的經(jīng)驗(yàn)和方法，以供同行借鑒。

指標(biāo)異常 故障分析診斷 故障排除 問題前后指標(biāo)對(duì)比

大唐武威太陽能電站位于騰格里沙漠邊緣的甘肅武威陽光產(chǎn)業(yè)示范區(qū)內(nèi)，是國(guó)家“十一五”863計(jì)劃科技示范項(xiàng)目，是我國(guó)第一座荒漠化并網(wǎng)光伏電站。電站占地面積約45畝，裝機(jī)總?cè)萘繛?.5兆瓦，電站由中國(guó)大唐集團(tuán)公司全資子公司——大唐甘肅發(fā)電有限公司出資建設(shè)，合作單位有武威市人民政府、國(guó)家863計(jì)劃攻關(guān)聯(lián)合體，現(xiàn)由甘肅大唐新能源有限公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理。

本項(xiàng)目是由北京市計(jì)科能源新技術(shù)開發(fā)公司、甘肅省科學(xué)院自然能源研究所和合肥陽光電源有限公司聯(lián)合申報(bào)的“十一五” 國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）先進(jìn)能源領(lǐng)域“MW級(jí)并網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)”重點(diǎn)項(xiàng)目課題項(xiàng)目，是我國(guó)第一批光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用的試點(diǎn)項(xiàng)目。

該項(xiàng)目于2007年4月經(jīng)過科技部立項(xiàng)，2008年4月開工建設(shè)，裝機(jī)容量0.5兆瓦，于2008年12月19日建成投產(chǎn)。電站太陽能電池方陣分為三種形式，其中，固定式方陣容量300千瓦，單軸跟蹤方陣容量100千瓦，雙軸跟蹤方陣容量100千瓦。發(fā)電系統(tǒng)分為3種：3個(gè)100千瓦固定支架發(fā)電系統(tǒng)；1個(gè)100千瓦單軸跟蹤發(fā)電系統(tǒng)；1個(gè)100千瓦雙軸跟蹤發(fā)電系統(tǒng)。3個(gè)100千瓦固定支架發(fā)電系統(tǒng)配備2臺(tái)100千瓦、250千瓦并網(wǎng)逆變器。單軸和雙軸發(fā)電系統(tǒng)各配1臺(tái)100千瓦逆變器。所有逆變器的輸出并聯(lián)在一起，統(tǒng)一通過一臺(tái)630千伏安的變壓器并入10千伏電網(wǎng)。共采用單晶硅太陽能電池板2944塊。四組太陽能極板將直流電經(jīng)過IGBT逆變成交流380V后，通過10kV變壓器升壓，向武威農(nóng)網(wǎng)供電。

圖1

圖2

圖3

圖4

1 存在的問題

該電站在投運(yùn)的前幾年，由于農(nóng)網(wǎng)用電機(jī)械變化較大，農(nóng)電時(shí)常要求光伏電站對(duì)出線相序進(jìn)行變更，因電站專業(yè)人員技術(shù)能力較差，且管理人員對(duì)電站容量較小，發(fā)電量與上網(wǎng)電量統(tǒng)計(jì)、計(jì)算不分析，當(dāng)一次相序變更時(shí)，沒有監(jiān)督農(nóng)網(wǎng)電力公司對(duì)二次計(jì)量相序也同時(shí)進(jìn)行更改，加之武威光伏電站設(shè)計(jì)、安裝存在不足，即10kV出線僅裝一塊關(guān)口電能計(jì)量表（0.2級(jí)三相三線制數(shù)字電能表，無關(guān)口計(jì)量副表），電站10KV變壓器的高壓開關(guān)側(cè)設(shè)計(jì)安裝了一塊2.0級(jí)三相三線制機(jī)械轉(zhuǎn)盤式電能表（安裝時(shí)，二次接線錯(cuò)誤，該表計(jì)不計(jì)量）。故導(dǎo)致多年上網(wǎng)電量計(jì)量錯(cuò)誤。

2 問題查找及分析

2013年武威光伏電站移交大唐甘肅新能源管理后，對(duì)該電站上網(wǎng)電量與廠用電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)該電站年綜合廠用電率高達(dá)35.76%，電量不平衡率年均達(dá)31.58%。這在全國(guó)無論是何種形式的發(fā)電，都是不可能的，通過認(rèn)真分析，判定現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量表計(jì)或接線存在嚴(yán)重錯(cuò)誤。2014年5月6日立即組織專業(yè)人員對(duì)該電站關(guān)口計(jì)量裝置接線進(jìn)行了全面核查，發(fā)現(xiàn)出線關(guān)口計(jì)量裝置與變壓器高壓側(cè)電能計(jì)量裝置均存在嚴(yán)重的錯(cuò)誤接線，其錯(cuò)誤分析如下：

2.1 電能計(jì)量方式、種類及適用范圍

電能有三種：

（1）單相計(jì)量方式，該計(jì)量方式僅適合于單相用電負(fù)載或三相完全平衡對(duì)稱負(fù)載。

即 W=U*I*t或W=3U*I*t。

（2）三相三線制計(jì)量方式，該計(jì)量方式僅適用于無論三相是否對(duì)稱。

即W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IA*COS（ΨA+30°）+ UCB*IC*COS（ΨC-30°）｝* t

若三相對(duì)稱，負(fù)載平衡時(shí)

W=（P1+P2）* t

（3）三相四線制計(jì)量方式，該計(jì)量方式無論負(fù)載是否對(duì)稱，均可正確計(jì)量。

即 W=（P1+P2+P3）* t

=｛UA*IA*COSΨA+UB*IB*COSΨB+UC*IC*COSΨC｝*t

2.2 武威光伏電站電能計(jì)量實(shí)際接線情況

2.2.1 10kV出線關(guān)口電能表實(shí)際計(jì)量接線

查找和問題分析首先對(duì)10kV出線關(guān)口電能用電流互感器、電壓互感器的銘牌進(jìn)行進(jìn)行了檢查，其銘牌標(biāo)注等級(jí)0.2S級(jí)，符合關(guān)口計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求（計(jì)量關(guān)口電能表為0.2級(jí)），用互感器校驗(yàn)儀對(duì)電流、電壓互感器的變比、極性進(jìn)行了測(cè)試，均與互感器銘牌標(biāo)注相符。當(dāng)檢查變壓器高壓側(cè)電纜至出線端口的電纜頭相序時(shí)，發(fā)現(xiàn)電纜相序色標(biāo)與出線相序色標(biāo)不否，出線A、B、C色標(biāo)黃、綠、紅正確，變壓器A、B、C的色標(biāo)是紅、綠、黃，經(jīng)過與電站人員了解，幾年前農(nóng)網(wǎng)改過線路相序，而電站將變壓器高壓側(cè)的電纜相序也對(duì)應(yīng)進(jìn)行了更改，但電纜色標(biāo)未改，出線與變壓器相序是一致的，只是變壓器高壓側(cè)電纜色標(biāo)相反。而后再對(duì)關(guān)口電能表二次接線進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)二次接線錯(cuò)誤，即線路一次相序更改后，計(jì)量表計(jì)的電流二次線未改，其向量圖：（如圖1）

電能計(jì)量方式計(jì)算：

W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IA*COS（30°+ΨA）+UCB*IC*COS（30°-Ψ）｝*t

而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際A、C相電流相序不僅接反，且C相極性也接反，其向量圖：（如圖2）

電能計(jì)量方式計(jì)算：

W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IC*COS（90°+ΨC）+ UCB*IAc（90°+ΨA）｝* t

=-2U*I*SinΨ* t

因電站功率為感性，且COSΨ＞0.755，故計(jì)量電能變小。

2.2.2 武威光伏電站10kV變壓器高壓側(cè)開關(guān)柜內(nèi)電能表實(shí)際計(jì)量接線

對(duì)武威光伏電站10kV變壓器高壓側(cè)開關(guān)柜內(nèi)電能表用電流、電壓互感器銘牌進(jìn)行了檢查，其等級(jí)標(biāo)注均為0.5級(jí)，而安裝的電能表為2.0級(jí)的轉(zhuǎn)盤式機(jī)械表，不符合考核計(jì)量電量的要求，用用互感器校驗(yàn)儀對(duì)電流、電壓互感器的變比、極性進(jìn)行了測(cè)試，均與互感器銘牌標(biāo)注相符。但核對(duì)檢查電能表二次接線時(shí)，發(fā)現(xiàn)安裝配線出現(xiàn)嚴(yán)重失誤，其向量圖：（如圖3）

電能計(jì)量方式計(jì)算：

W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IA*COS（30°+ΨA）+UCB*IC*COS（30°-Ψ）｝*t

而實(shí)際A、C相電流不僅相序接反，而且極性接反，其其向量圖：（如圖4）

計(jì)量方式變?yōu)椋?/p>

W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IC*COS（90°+ΨC）+ UCB*（-IA）*COS（90°-ΨA）｝*t

=｛UAB*IC*SinΨC+-UCB*IA*SinΨA｝* t

=0

由公式計(jì)算得電能為0，故電能表不轉(zhuǎn)，即不走字，無法計(jì)量。

3 武威光伏電站電能計(jì)量實(shí)際接線錯(cuò)誤更改情況：

3.1 10kV出線關(guān)口電能計(jì)量接線糾正

通過對(duì)武威光伏電站10kV出線關(guān)口電能計(jì)量裝置及10kV開關(guān)柜內(nèi)機(jī)械電能表接線檢查，發(fā)現(xiàn)出線關(guān)口A、C相電流相序不僅接反，且C相極性也接反后，聯(lián)系武威農(nóng)網(wǎng)計(jì)量專業(yè)人員進(jìn)行核查，次日農(nóng)網(wǎng)計(jì)量專業(yè)人員攜帶儀器對(duì)武威光伏電站10kV出線關(guān)口電能計(jì)量接線進(jìn)行了全面檢查，認(rèn)定實(shí)際接線確實(shí)錯(cuò)誤后，對(duì)表計(jì)錯(cuò)誤接線進(jìn)行了糾正。技術(shù)人員對(duì)站內(nèi)10kV開關(guān)柜內(nèi)機(jī)械電能表接線A、C相電流不僅相序接反，而且極性也接反，進(jìn)行了糾正。通過兩天的出線關(guān)口電量與發(fā)電量比較，其上網(wǎng)電量低于發(fā)電量的1%左右，屬計(jì)量正確。

3.2 10kV開關(guān)柜電能計(jì)量裝置改造

武威光伏電站在最初設(shè)計(jì)時(shí)，其關(guān)口計(jì)量裝置僅裝有主表，未安裝關(guān)口計(jì)量副表，電站變壓器高壓側(cè)雖然設(shè)計(jì)有電能表，但安裝時(shí)，接線錯(cuò)誤，且電能表為接線式轉(zhuǎn)盤表，等級(jí)較低，自投產(chǎn)至今，該表計(jì)未計(jì)量過，此次關(guān)口主表出現(xiàn)計(jì)量錯(cuò)誤時(shí)，與農(nóng)網(wǎng)的交涉沒有依據(jù)，故很難追回電量損失，為便于對(duì)出線關(guān)口電量的檢測(cè)，以及電站運(yùn)行人員對(duì)發(fā)電量、上網(wǎng)電量、廠用電量的統(tǒng)計(jì)、分析，決定將電站站內(nèi)變壓器高壓側(cè)機(jī)械式電能表更換為0.5級(jí)多功能數(shù)顯電能表，將此表作為關(guān)口表的副表，方便了運(yùn)行人員每日對(duì)發(fā)電量、上網(wǎng)電量、廠用電量的統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算，若出線關(guān)口表再發(fā)生此類計(jì)量錯(cuò)誤時(shí)，可將站內(nèi)變壓器高壓側(cè)電能表的數(shù)據(jù)做依據(jù)，與農(nóng)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，補(bǔ)回電量損失。

4 結(jié)語

大唐甘肅新能源武威光伏電站，自2014年5月6日糾正10kV出線關(guān)口電能表接線錯(cuò)誤，并更換站內(nèi)10kV變壓器高壓側(cè)電能表至今，通過5個(gè)月的運(yùn)行、統(tǒng)計(jì)、分析，其發(fā)電量減去廠用電量與上網(wǎng)電量相比一致，廠用電量占發(fā)電量的1%—2%，綜合廠用電率、電量平衡趨于正常，綜合場(chǎng)用電率大幅下降。取得經(jīng)驗(yàn)是今后一次相序變更時(shí)，要及時(shí)監(jiān)督農(nóng)網(wǎng)電力公司對(duì)二次計(jì)量相序也同時(shí)進(jìn)行更改。

［1］李奇越編.電氣測(cè)量技術(shù).合肥工業(yè)大學(xué).

［2］中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).多功能電度表，DL/T614-2007.

［3］中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程，DL/ T448-2000.