光伏電站交流側(cè)評估測試分析研究

郭文科, 李養(yǎng)俊, 崔力心, 倪賽賽, 陳仕彬, 劉巍, 王永年

(國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050)

光伏電站交流側(cè)評估測試分析研究

郭文科, 李養(yǎng)俊, 崔力心, 倪賽賽, 陳仕彬, 劉巍, 王永年

(國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050)

目前，可再生能源受到了各國政府的高度重視，太陽能作為諸多永續(xù)利用的清潔能源中的一種，其開發(fā)和利用價值已成為各國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的重要組成部分。選取了上海航天寧東一期100 MWp光伏電站項目具體實例，針對升壓站交流側(cè)一定數(shù)量并具有代表性的設備進行測試，運用科學的測試方法并對試驗數(shù)據(jù)進行詳細的整理分析，結(jié)合數(shù)學理論算法，最終計算出光伏電站交流側(cè)典型日功率損耗率及電站發(fā)電效率，找出影響發(fā)電量的因素和解決辦法。為光伏電站提供第一手數(shù)據(jù)資料，并對后期運維提出提供科學、合理、完善的管理及建議。

后評價；光伏電站；交流側(cè)；功率損耗；現(xiàn)場測試

0 引 言

截止目前，某省并網(wǎng)光伏電站已超過120座，容量達到5 760兆瓦，占總裝機容量的13.2%。由此，該省電網(wǎng)光伏裝機容量躍居全國第一。如何做到光伏電站高發(fā)電量，減小影響發(fā)電量的因素，最終提升系統(tǒng)效率，必須得到足夠的重視。所以，對光伏項目進行后評價具有一定的現(xiàn)實意義，而光伏電站交流側(cè)評估測試作為后評價的重要指標之一顯得尤為重要[1-3]。

光伏電站交流側(cè)評估測試作為光伏發(fā)電后評價績效后評價技術水平評價指標之一，通過科學的測試方法和數(shù)據(jù)整理分析，得出電站主要發(fā)電設備的運行參數(shù)及電站發(fā)電效率，找出影響發(fā)電量的因素和解決辦法，并對影響發(fā)電量的因素逐一進行分析評價，為光伏電站后期運維提供科學、合理、完善的管理及建議[4-5]。

1 光伏電站交流側(cè)功率損耗理論分析

1.1 變壓器功率損耗理論分析

1.1.1 變壓器空載損耗

當變壓器的二次繞組開路，一次繞組加額定頻率的額定電壓時，一次繞組所通過的電流稱為變壓器的空載電流?？蛰d電流的有功分量稱為損耗電流，損耗電流所供給的有功功率稱為空載損耗，一般以ΔPk表示。忽略一次繞組電阻損耗時的空載損耗又稱為鐵芯損耗[6-7]。在線損計算中，通常將鐵芯損耗。在線損計算中，通常將鐵芯損耗等同于空載損耗，可按下列公式計算：

ΔPk=K0ptGt

(1)

式中K0：加工增大系數(shù)，取1.2～1.5；

pt：對應于鐵芯磁通密度的單位損耗W/kg；

Gt：鐵芯重量kg。

1.1.2 變壓器的負載損耗

當變壓器的二次繞組短接，二次繞組通過額定電流，在一次繞組上加的電壓稱為變壓器短路電壓，此時所產(chǎn)生的損耗稱為負載損耗，一般以ΔPfe表示。它可分為繞組的電阻損耗和附加損耗?？紤]附加損耗后，負載損耗按照電阻損耗的1.05～1.15倍來計算。電阻損耗ΔPr也稱銅耗或鋁耗，可按下列公式計算：

ΔPr=Krj2G

(2)

式中Kr：系數(shù)，銅線取2.4，鋁線取13.22；

j：75 ℃時繞組導線的電流密度A/mm2；

G：繞組導線的總重量kg。

1.2 電纜功率損耗理論分析

1.2.1 電纜空載損耗

在理論計算中，通常將介質(zhì)損耗等同于空載損耗，單位長度每相電纜的介質(zhì)損耗ΔA0(kW·h/km)可按下列公式計算：

(3)

式中Uφ.pj：測計期內(nèi)電纜的相電壓平均值kV；

ω：交流電角頻率(50 Hz時取314)；

C0：電纜單位長度的工作電容；

tanδ：電纜絕緣介質(zhì)損失角正切值，它與電纜的材料、結(jié)構和額定電壓有關；

T：電纜工作時間。

1.2.2 電纜負載損耗

由于三相電纜各相芯線距離很近，所以有較顯著的集膚效應和鄰近效應，使芯線交流電阻增大。

若考慮芯線周圍溫度影響后的交流電阻R′，則按下列公式計算：

R′=R20(1+β2)
β2=α20(θc-20)

(4)

式中R20：溫度為20 ℃時芯線的直流電阻；

β2：考慮芯線周圍溫度對電阻影響的修正系數(shù)；

α20：芯線導體材料以20 ℃為基準時的電阻溫度系數(shù)；

θc：芯線溫度。

若考慮集膚效應和鄰近效應后，三相交流電纜的交流電阻R，則按下列公式計算：

R=R′(1+K3+K4)

(5)

式中K3：集膚效應系數(shù)；

K4：鄰近效應系數(shù)。

根據(jù)上海航天寧東一期100 MWp光伏電站相關設備參數(shù)，結(jié)合理論計算得出：

變壓器功率損耗率：2.5%；

交流電纜功率損耗率：0.5%。

2 光伏電站交流側(cè)現(xiàn)場測試

2.1 被測電站基本情況

上海航天寧東一期100 MWp光伏電站代表年太陽總輻射量為5 928.16 MJ/m2。電站25年平均利用小時數(shù)為1 350.1 h。首年發(fā)電量15 136.80萬kW·h，25年運行期年平均發(fā)電量為13 609.43萬kW·h。

本電站容量為100 MW，其中90 MW由90個1 MW光伏集中式發(fā)電子系統(tǒng)組成，另外10 MW由10組組串式發(fā)電子系統(tǒng)組成。每個1 MW集中式發(fā)電子系統(tǒng)由4 082塊電池組件、14個匯流箱、2個直流柜、2臺500 kW變器、1臺0.27 kV/35 kV箱變組成；每個 1 MW 組串式發(fā)電子系統(tǒng)由 4 000 塊組件、38 臺28 kW 逆變器、6個交流匯集箱、1臺0.27 kV/35 kV箱變組成；由箱變將電壓升至35 kV，35 kV并聯(lián)后送至110 kV升壓變壓站 35 kV 配電裝置。110 kV升壓變壓站內(nèi)由1#、2#主壓變壓器將電壓升至110 kV。以一回110 kV線路送至330 kV變電站。

2.2 測試結(jié)果分析

2.2.1 主變測試數(shù)據(jù)

對1號主變高、低壓側(cè)采集三相電壓、三相電流。高壓側(cè)電氣量曲線如圖1、圖2所示，低壓側(cè)電氣量曲線如圖3、圖4所示。

圖1 高壓側(cè)有功功率曲線圖

圖2 高壓側(cè)無功功率曲線圖

圖3 低壓側(cè)有功功率曲線圖

圖4 低壓側(cè)無功功率曲線圖

2.2.2 主變至逆變器交流電纜測試數(shù)據(jù)

對主變低壓側(cè)及12號、3號、25號逆變器交流側(cè)采集三相電壓、三相電流。

1) 2號主變低壓側(cè)至12號逆變器交流側(cè)測試數(shù)據(jù)

2號主變低壓側(cè)電氣量曲線如圖5、圖6所示，12號逆變器交流側(cè)電氣量曲線如圖7、圖8所示。

圖5 2號主變低壓側(cè)有功功率曲線圖

圖6 2號主變低壓側(cè)無功功率曲線圖

圖7 12號逆變器交流側(cè)有功功率曲線圖

圖8 12號逆變器交流側(cè)無功功率曲線圖

2) 2號主變低壓側(cè)至3號逆變器交流側(cè)測試數(shù)據(jù)

2號主變低壓側(cè)電氣量曲線如圖9、圖10所示，3號逆變器交流側(cè)電氣量曲線如圖11、圖12所示。測試用時10 h。

3) 2號主變低壓側(cè)至25號逆變器交流側(cè)測試數(shù)據(jù)

圖9 2號主變低壓側(cè)有功功率曲線圖

2號主變低壓側(cè)電氣量曲線如圖13、圖14所示，25號逆變器交流側(cè)電氣量曲線如圖15、圖16所示。測試用時10 h。

圖10 2號主變低壓側(cè)無功功率曲線圖

圖11 3號逆變器交流側(cè)有功功率曲線圖

圖12 3號逆變器交流側(cè)無功功率曲線圖

4) 2號主變低壓側(cè)至25號逆變器交流側(cè)測試數(shù)據(jù)

圖13 2號主變低壓側(cè)有功功率曲線圖

圖14 2號主變低壓側(cè)無功功率曲線圖

圖15 25號逆變器交流側(cè)有功功率曲線圖

圖16 25號逆變器交流側(cè)無功功率曲線圖

由上述測試結(jié)果可以看出，升壓站內(nèi)主變典型日功率損耗率為：1.583%；交流電纜典型日功率損耗率為：2.756%。

最終計算得出，交流側(cè)典型日功率損耗率：4.3%，交流側(cè)典型日效率：95.7%。

3 結(jié)束語

由試驗數(shù)據(jù)可以得出，對于變壓器的經(jīng)濟運行應根據(jù)變壓器現(xiàn)有的技術參數(shù)結(jié)合實際負荷情況及現(xiàn)場情況，選擇合理的變壓器運行方式及變壓器容量，以便能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的經(jīng)濟運行，減少變壓器的有功功率損耗。交流電纜損耗主要包括空載損耗及負載損耗，其中負載損耗主要包括電纜纜芯電阻發(fā)熱損耗、電纜護套損耗、電纜鎧裝損耗。在光伏電站設計階段，就應考慮減少電纜使用量、減少導體的截面，在有效降低電纜使用量的同時，達到降低電能損失的目的。在電纜處于輕載過程中，即負荷很小時，由于電容電流變大，造成其功率損耗很大，甚至要大于交流電纜的固有損耗，運行人員可以根據(jù)現(xiàn)場實際負荷情況，考慮選擇電站合理的運行方式，保證交流電纜經(jīng)濟運行，最終減少交流電纜的有功功率損耗。

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[2] 高連生,許蘭剛,劉世俊．光伏發(fā)電項目后評價技術方法探討[J].中國能源，2014,37(3):43-47．

[3] 董開松,李洪濤,李臻，等．光伏電站有功/無功控制能力現(xiàn)場測試及分析[J].電網(wǎng)與清潔能源, 2013,28(11):82-84．

[4] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會．GB/T199640-2012. 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定[S].北京：中國標準出版社，2012．

[5] 國網(wǎng)電科院，中國電科院.國家電網(wǎng)公司光伏電站接入功率預測[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2009,33(18): 92-95．

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Analysis and Research on the AC Side Evaluation Test of Photovoltaic Power Stations

Guo Wenke, Li Yangjun, Cui Lixin, Ni Saisai, Chen Shibin, Liu Wei, Wang Yongnian

(State Grid Gansu Electric Power Co. Electric Power Research Institute, Lanzhou Gansu 730050, China)

At present, renewable energyresources receive much attention from the governments of all countries in the world. The exploitation and utilization value of solar energy, one of many clean energy resources for sustainable utilization, becomes an important part of the sustainable development strategy of various countries. Taking the specific example of Shanghai Aerospace Ning Dong Phase I 100 MWp photovoltaic power plant, this paper introduces tests made in a scientific way on a certain number of representative units at the AC side of the boosting station, as well as detailed analysis of the test data. By means of mathematical theoretical algorithm, typical daily power loss rate at the AC side of the photovoltaic power station as well as its generating efficiency is finally calculated, and factors affecting the generating capacity and solutions are found. Thus, first-hand data are provided for photovoltaic power stations, and suggestions for complete, reasonable and scientific management are provided for future operation and maintenance.

post evaluation;photovoltaic power station;AC side;power loss; field test

國家電網(wǎng)公司科技項目(52272215000A)

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.01.009

TM615

A

1000-3886(2017)01-0025-04

郭文科(1984-)，男，甘肅天水人，碩士，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。 李養(yǎng)俊(1985-)，男，甘肅慶陽人，碩士，研究方向為新能源檢測技術。

定稿日期: 2016-06-30