分布式光伏無功補(bǔ)償問題探討

張銘輝 施飛 陳東楚

摘要：文章從某分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目發(fā)生的功率因數(shù)異常出發(fā)，介紹了目前分布式光伏發(fā)電幾種不同并網(wǎng)接入形式可能存在的無功補(bǔ)償問題，分析了功率因數(shù)失調(diào)的原因，旨在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探討分布式光伏無功補(bǔ)償?shù)暮侠砟Ｊ?，為電站設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；并網(wǎng)點(diǎn)；無功補(bǔ)償；功率因數(shù)；控制器；電站設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM615 文章編號(hào)：1009-2374（2016）06-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.070

分布式光伏發(fā)電具有因地制宜、分散布局、就地消納的特點(diǎn)，是未來光伏發(fā)電發(fā)展的重要方向，市場潛力巨大。近年來鼓勵(lì)發(fā)展清潔能源，分布式光伏的裝機(jī)容量逐年提高，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但是分布式光伏接入電網(wǎng)以后出現(xiàn)的各種問題也日益顯現(xiàn)，其中就包括無功補(bǔ)償問題。

1 功率因數(shù)失調(diào)分析

1.1 無功補(bǔ)償退出的問題

某齒輪廠屋頂光伏發(fā)電總裝機(jī)容量為600kWp，分兩個(gè)逆變器就近并入380V配電母線，再通過工廠內(nèi)部設(shè)備與公用電網(wǎng)連接，10kV變壓器容量為1250kVA，如圖1。由于光伏裝機(jī)容量較小，考慮配電側(cè)原有的無功補(bǔ)償裝置能提供足夠的無功，故沒有另外再加裝無功補(bǔ)償。在接入光伏發(fā)電系統(tǒng)以后，其中一個(gè)廠房（接入點(diǎn)1）的電氣系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)功率因數(shù)下降的情況，功率因數(shù)在0.3～0.7之間，而另一個(gè)廠房卻運(yùn)行正常。

檢查功率因數(shù)異常期間，無功補(bǔ)償控制器出現(xiàn)報(bào)警（諧波），電容器1不能投入，即無功補(bǔ)償退出。而且根據(jù)現(xiàn)場人員反映，功率因數(shù)低都是在光照條件好、逆變器輸出最大的時(shí)刻。在后來的排查中試著拉開光伏接入1的開關(guān)，無功補(bǔ)償恢復(fù)投入，測量此時(shí)電網(wǎng)獨(dú)立供電的下行功率為249.4kW（即廠房1負(fù)載功率）。重新合上光伏開關(guān)，由逆變器輸出的功率為150.7kW。對(duì)比接入點(diǎn)2的光伏輸出功率相當(dāng)，但廠房2的穩(wěn)定負(fù)載功率超過了800kW。

分析：該低壓配電區(qū)無功補(bǔ)償采樣點(diǎn)取自10kV變壓器低壓側(cè)電流，光伏接入點(diǎn)在取樣CT以下，如圖1。根據(jù)測得的負(fù)載大小和光伏輸出功率推斷，接入點(diǎn)1由于光伏提供了負(fù)載需要的大部分功率，導(dǎo)致無功補(bǔ)償采樣點(diǎn)的電流大幅下降（基波電流），諧波電流比例上升，超過了設(shè)定限值時(shí)無功補(bǔ)償退出。

現(xiàn)場將無功補(bǔ)償控制器1的諧波保護(hù)定值調(diào)高，諧波報(bào)警消失，電容器1又能投入補(bǔ)償。至此，諧波超值問題似乎得到印證，但是該方法同時(shí)削弱了諧波保護(hù)功能，不利于電容器長期運(yùn)行。要解決本例中的功率因數(shù)下降問題，宜改用有源電力濾波器APF，通過動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償來補(bǔ)償無功、抑制諧波。

根據(jù)筆者經(jīng)歷，對(duì)于同樣的光伏并網(wǎng)點(diǎn)在補(bǔ)償控制采樣CT以下的接入方式，還可能出現(xiàn)另一種因補(bǔ)償控制器故障引起的功率因數(shù)失調(diào)。通常工廠的生產(chǎn)活動(dòng)不是固定的，由于負(fù)荷發(fā)生變化，當(dāng)光伏系統(tǒng)輸出功率P2大于接入?yún)^(qū)域的負(fù)載P3時(shí)，就出現(xiàn)功率往變壓器高壓側(cè)倒送的情況（P1'），如圖1。此時(shí)，下行的無功功率Q不變，而P1變成P1'，工作點(diǎn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，如圖2。

對(duì)于很多非四象限的補(bǔ)償控制器，一旦出現(xiàn)功率倒送的情況就無法測量功率因數(shù)，在報(bào)故障的同時(shí)將電容器切出，導(dǎo)致無功補(bǔ)償退出。因此針對(duì)工廠負(fù)載變化較大可能出現(xiàn)功率倒送的補(bǔ)償監(jiān)測點(diǎn)，必須更換為四象限無功功率型的控制器。

1.2 無功補(bǔ)償不足的問題

由于逆變器輸出的無功分量較小，分布式光伏系統(tǒng)接入工廠以后，如果原有的無功余量足夠，一般不需要額外再增加電容器組。實(shí)際應(yīng)用中，有工廠反映，接入光伏系統(tǒng)以后無功補(bǔ)償正常投入，但一段時(shí)間內(nèi)有電費(fèi)增加的情況。經(jīng)過調(diào)查，這種現(xiàn)象發(fā)生在光伏接入點(diǎn)在無功補(bǔ)償采樣點(diǎn)上方的接線方式，而且光伏安裝容量相對(duì)較大。特別是工廠某月度穩(wěn)定負(fù)荷比平時(shí)下降時(shí)，由光伏提供的功率比例大幅上升，可能超過設(shè)計(jì)時(shí)負(fù)荷的25%。此時(shí)，即使無功補(bǔ)償控制器按設(shè)定的功率因數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償，但仍有一部分無功功率取自電網(wǎng)，對(duì)于電網(wǎng)考核點(diǎn)來說功率因數(shù)必然降低，如圖3。A點(diǎn)為光伏接入前，電網(wǎng)下行功率P和Q。接入光伏以后，由于光伏提供功率△P，使得電網(wǎng)下行有功減少為P'，功率因數(shù)降低。要使考核點(diǎn)回到原先的功率因數(shù)水平，則至少還需要增加無功△Q。

因此經(jīng)常出現(xiàn)無功補(bǔ)償不足時(shí)，該無功補(bǔ)償控制器應(yīng)該調(diào)整為按無功功率補(bǔ)償?shù)姆桨浮?/p>

2 無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)因素

分布式光伏接入電網(wǎng)以后出現(xiàn)的無功補(bǔ)償問題，大多與安裝容量、接入點(diǎn)位置等因素有關(guān)，而這些要素在設(shè)計(jì)階段就要加以考察分析，盡可能規(guī)避補(bǔ)償失配。

根據(jù)《國家電網(wǎng)分布式能源接入系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》的要求：“分布式電源總?cè)萘吭瓌t上不宜超過上一級(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%?！钡怯捎诠夥S天氣變化輸出功率不穩(wěn)定，負(fù)載本身也會(huì)變化，很多在設(shè)計(jì)光伏安裝容量時(shí)，往往只是按變壓器容量而不是最大負(fù)荷考慮，實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)逆流的情況很常見。因此當(dāng)設(shè)計(jì)容量可能超過最大負(fù)荷的25%時(shí)，必須按規(guī)范要求進(jìn)行無功補(bǔ)償和電能質(zhì)量的專題分析。

在選擇并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，還要考慮接入點(diǎn)與采樣點(diǎn)CT的位置關(guān)系，是否適應(yīng)原有補(bǔ)償控制器的功能。例如，當(dāng)光伏接入點(diǎn)在采樣CT以上，則本文提到無功補(bǔ)償退出的兩個(gè)案例都不會(huì)出現(xiàn)。對(duì)于光伏系統(tǒng)有多個(gè)接入點(diǎn)的，建議分散在負(fù)荷波動(dòng)較小的不同支路并網(wǎng)，有利于功率的平衡穩(wěn)定，減少對(duì)單個(gè)支路的影響。

由于接入光伏系統(tǒng)以后補(bǔ)償采樣點(diǎn)可能出現(xiàn)逆流，采樣點(diǎn)和電網(wǎng)考核點(diǎn)的功率因數(shù)有差異等問題，根據(jù)實(shí)際情況要求使用適應(yīng)性強(qiáng)的無功補(bǔ)償，有條件的宜選擇無功功率型的補(bǔ)償方式。

3 結(jié)語

分布式光伏一般通過用戶原有的電力設(shè)施并入中、低壓配電網(wǎng)，適用于建筑屋頂、工業(yè)廠房等，外部情況復(fù)雜。由于接線方式、負(fù)荷波動(dòng)等原因，容易出現(xiàn)無功補(bǔ)償失配問題。筆者通過總結(jié)電站運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，提出了規(guī)避一些常見補(bǔ)償問題的建議，供大家參考。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李宏仲.地區(qū)電網(wǎng)無功補(bǔ)償與電壓無功控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

作者簡介：張銘輝（1982-），男，浙江杭州人，浙江正泰新能源開發(fā)有限公司繼電保護(hù)技師，工程師，研究方向：電力管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）