對光伏電站無功補償工程應用的分析

付崇超

摘要：為了避免光伏電站并網(wǎng)對電力系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響，要加設合適的無功補償裝置。筆者結(jié)合光伏電站實例對其內(nèi)部擾動對電網(wǎng)電壓的影響進行了分析，結(jié)果表明，在光伏電站中加設3Mvar的動態(tài)無功補償裝置即可發(fā)揮出較好的效果。

關(guān)鍵詞：光伏電站;無功補償;并網(wǎng)

引言：

現(xiàn)階段，我國對資源保護的關(guān)注度明顯提升，加大了對新能源的開發(fā)工程的投入。在這樣的背景下，我國光伏發(fā)電機的容量明顯提升。對于光伏發(fā)電來說，由于其受到天氣條件、環(huán)境因素等的影響，所以存在著一定的波動，在入網(wǎng)的過程中，會對電網(wǎng)或是電力系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響，包括電力系統(tǒng)電壓波動、諧波增強等等。為了降低光伏電站對電力系統(tǒng)的影響，要加設無功補償裝置，確保電能輸送損耗的降低。

一、光伏電站無功損耗的計算

（一）光伏電站線路無功損耗的計算

對于線路無功損耗的充電功率，可以使用以下公式完成計算：Q_L=3I²X。在該公式中，Q_L代表著線路的無功損耗，單位為kvar;I代表著線路中流過的電流，單位為A;X代表著線路的等值電抗，單位為A。其中，線路中流過的電流（I）需要展開進一步的計算，使用公式I=P/（Ucos?）就能夠完成計算。在該公式中，P代表了線路的有功功率，單位為kW;U代表了線路的線電壓，單位為kV;cos?代表了線路的功率因數(shù)。

在線路無功損耗的充電功率計算中，還需要了解線路等值電抗（X）的數(shù)值，在對其進行計算時，可以使用公式X=xL來完成。在該公式中，x代表了導線單位長度下的電抗，單位為Ω/km;L代表了線路的長度，單位為km。

對于光伏電站線路的充電電容量可以使用公式Q=U²ωc/1000=2πU²fcC/1000來完成計算。在該公式中，c代表了單位長度下導線的單相對地電容，單位為μF/km;f代表了線路頻率，單位為Hz;C代表了導線單相對地電容，單位為μF。

（二）光伏電站變壓器無功損耗的計算

在對光伏電站的變壓器無功損耗進行計算時，可以使用以下公式完成：Q_r=nS_N。在該公式中，Q_r代表了變壓器的無功功率，單位為kvar;n代表了變壓器的實際臺數(shù);U_k%代表了變壓器短路電壓的百分值;I₀%代表了變壓器空載電流的百分值;S代表了變壓器運行的視在功率，單位為kVA;S_N代表了變壓器的額定容量，單位為kVA。

（三）計算涉及的主要參數(shù)

在本次研究中，筆者選定了某光伏電站的并網(wǎng)工程實例來完成。在該光伏電站中，電站裝機容量為20MW_P，通過兩條35kV的電纜接入升壓站的35kV側(cè)。光伏電站中設置了1MW的逆變升壓單元共20個，使用了集散式的逆變器。升壓站通過一條線路接入上級變電站低壓側(cè)。

在本計算中，涉及到的參數(shù)主要包括：單條35kV的電纜所帶回的光伏陣列容量為10MW、相應電纜的長度為18km、電抗的數(shù)值為0.105Ω/km;箱式變壓器的阻抗電壓為6.5%、變比為38.5±2x2.5%/0.48kV;升壓變壓器的阻抗電壓為9%、變比為66±8x1.25%/38.5kV。

（四）光伏電站無功損耗的計算結(jié)果

結(jié)合上文所述，能夠得出光伏電站無功損耗計算的相關(guān)結(jié)果如下：單條35kV電纜線路的無功損耗數(shù)值為26.41kvar;箱式變壓器的無功損耗數(shù)值為1340kvar;升壓站送出線路的無功損耗的1/2為85.67kvar;升壓變壓器的無功損耗數(shù)值為1160kvar。此時，這一光伏電站在投運滿發(fā)條件下，得到的最大無功損耗數(shù)值為2569.25kvar。

結(jié)合光伏電站的相關(guān)技術(shù)標準能夠了解到，光伏電站中加設的并網(wǎng)逆變器必須能夠在確保有功出力的條件下，在-0.95至+0.95范圍內(nèi)功率因數(shù)可調(diào)^[1]?；谶@樣的要求，必須要加設能夠在相應水平上具有運行能力的逆變器。對于本文中使用的光伏電站實例來說，其可發(fā)無功最大可以達到6574kvar。此時，該光伏電站并網(wǎng)并不會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響，或是加重其無功負擔。

二、光伏電站的內(nèi)部擾動對電網(wǎng)電壓的影響分析

對于光伏電站來說，當其內(nèi)部出現(xiàn)常規(guī)擾動時，例如電容器投切、機組的啟動或停止等等，會使得該光伏電站的電壓水平出現(xiàn)瞬間降低或升高的波動^[2]。在并網(wǎng)條件下，為了避免這種波動對電網(wǎng)（電力系統(tǒng)）產(chǎn)生影響，可以通過加設動態(tài)無功補償裝置來實現(xiàn)。

光伏電站在接入電力系統(tǒng)后，加設動態(tài)無功補償裝置的容量、冬大（冬季能夠產(chǎn)生最大短路電流的運行方式，全接線，全開機）以及冬?。ǘ灸軌虍a(chǎn)生最小短路電流的運行方式，全接線，部分開機或機組不帶滿出力）等等運行方式會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生不同的影響，此時，電力系統(tǒng)電壓的波動情況不盡相同，得出數(shù)據(jù)具體如下：光伏電站切機在冬大狀態(tài)下，220kv母線電壓的最小值為1.04982、最大值為1.05063;升壓站母線電壓的最小值為0.99240、最大值為0.99735。在同樣的運行條件下，光伏電站投機的220kv母線電壓的最小值為1.05062、最大值為1.08656;升壓站母線電壓的最小值為0.99743、最大值為1.00120。

光伏電站切機在冬小狀態(tài)下，220kv母線電壓的最小值為1.08546、最大值為1.08677;升壓站母線電壓的最小值為1.05882、最大值為1.06288。在同樣的運行條件下，光伏電站投機的220kv母線電壓的最小值為1.08524、最大值為1.08656;升壓站母線電壓的最小值為1.05834、最大值為1.06241。

光伏電站切機在冬大且加裝3Mvar動態(tài)無功補償裝置的狀態(tài)下，220kv母線電壓的最小值為1.04904、最大值為1.05063;升壓站母線電壓的最小值為0.99266、最大值為0.99735。在同樣的運行條件下，光伏電站投機的220kv母線電壓的最小值為1.05061、最大值為1.05191;升壓站母線電壓的最小值為0.99734、最大值為1.00099。

光伏電站切機在冬小且加裝3Mvar動態(tài)無功補償裝置的狀態(tài)下，220kv母線電壓的最小值為1.08557、最大值為1.08677;升壓站母線電壓的最小值為1.05901、最大值為1.06288。在同樣的運行條件下，光伏電站投機的220kv母線電壓的最小值為1.08524、最大值為1.08645;升壓站母線電壓的最小值為1.05833、最大值為1.06223。

光伏電站切機在冬大且加裝5Mvar動態(tài)無功補償裝置的狀態(tài)下，220kv母線電壓的最小值為1.04914、最大值為1.05063;升壓站母線電壓的最小值為0.99266、最大值為0.99747。在同樣的運行條件下，光伏電站投機的220kv母線電壓的最小值為1.05061、最大值為1.05181;升壓站母線電壓的最小值為0.99722、最大值為1.00097。

光伏電站切機在冬小且加裝5Mvar動態(tài)無功補償裝置的狀態(tài)下，220kv母線電壓的最小值為1.08565、最大值為1.08677;升壓站母線電壓的最小值為1.05901、最大值為1.06288。在同樣的運行條件下，光伏電站投機的220kv母線電壓的最小值為1.08524、最大值為1.08637;升壓站母線電壓的最小值為1.05824、最大值為1.06222。

由此能夠得出，為了避免光伏電站并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響，加設3Mvar的動態(tài)無功補償裝置即可發(fā)揮出較好的效果。

三、總結(jié)

綜上所述，為了降低光伏電站對電力系統(tǒng)電壓水平的影響，要結(jié)合光伏電站的入網(wǎng)特性、電壓水平以及電力系統(tǒng)的實際情況，完成動態(tài)無功補償裝置的選定與加設。結(jié)果顯示，加設3Mvar的動態(tài)無功補償裝置即可發(fā)揮出較好的效果。

參考文獻

[1]高正，王世榮，丁恒.淺論光伏電站無功補償工程應用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（04）：190-191.

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