王 勇

（蘇州智方電力設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 蘇州215200）

0 引言

根據(jù)國(guó)家能源發(fā)展規(guī)劃，“十二五”期間以加快轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式為主線，規(guī)劃能源新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，解決有限能源和資源的約束，充分利用可再生能源，推動(dòng)能源生產(chǎn)和利用方式的變革。分布式電源對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，將成為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。

越來(lái)越多的企業(yè)通過(guò)有效利用廠房、辦公樓屋頂和幕墻，建設(shè)分布式光伏發(fā)電站，就近接入現(xiàn)有的10 kV 用戶(hù)變電站，然后通過(guò)10kV電壓等級(jí)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)能源的有效利用，分布式光伏發(fā)電站所發(fā)電量實(shí)行“自發(fā)自用余電上網(wǎng)”。

分布式光伏發(fā)電站并入10kV 用戶(hù)變電站后，因光伏發(fā)電量的動(dòng)態(tài)變化，將對(duì)10kV用戶(hù)變電站總進(jìn)線處的功率因數(shù)造成影響，出現(xiàn)總進(jìn)線處的功率因數(shù)不能滿(mǎn)足供電公司規(guī)定的情況。本文將根據(jù)工程實(shí)際情況對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)分析，并闡述解決的辦法。

1 情況分析

依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定》中對(duì)電力用戶(hù)功率因數(shù)的規(guī)定，宜達(dá)到0.90 以上。10kV用戶(hù)變電站一般均在每臺(tái)主變380V 側(cè)配置相應(yīng)容量的電容器作為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，通過(guò)監(jiān)測(cè)主變380V 側(cè)功率因數(shù)情況進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，以保證10kV 變電站總進(jìn)線處的功率因數(shù)滿(mǎn)足供電公司規(guī)定。

分布式光伏發(fā)電站應(yīng)充分利用逆變器的無(wú)功容量及其調(diào)節(jié)能力，一般逆變器的功率因數(shù)應(yīng)能在0.90（超前）～0.90（滯后）范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

下面以敏華實(shí)業(yè)（吳江）有限公司6 MW 分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目為例進(jìn)行分析。原有10kV 用戶(hù)變電站一座，規(guī)模為3×800kVA＋2×2 000kVA，380V 側(cè)配置電容器總?cè)萘繛?×400kvar＋2×800kvar。現(xiàn)在廠房屋頂建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，容量為6MWp（由24 000塊250Wp多晶硅光伏組件組成，配套11臺(tái)500kW 三相并網(wǎng)逆變器），系統(tǒng)接線如圖1所示。

本期光伏發(fā)電站的逆變器功率因數(shù)可在0.9（超前）～0.9（滯后）范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式為手動(dòng)調(diào)節(jié)或通過(guò)通訊接口進(jìn)行調(diào)節(jié)。

光伏發(fā)電站并網(wǎng)后無(wú)功補(bǔ)償裝置的校驗(yàn)：（1）用戶(hù)變電站最大負(fù)荷按裝機(jī)容量的90%考慮，為5 760kW。按照負(fù)荷功率因數(shù)為0.8，共需無(wú)功約4 320kvar。（2）主變壓器（按負(fù)載率90%核算）和升壓變壓器無(wú)功消耗共約690kvar。（3）原10kV用戶(hù)變電站380V 側(cè)共配無(wú)功補(bǔ)償容量為2 800kvar。（4）本期光伏發(fā)電站的逆變器無(wú)功功率可調(diào)，功率因數(shù)范圍為0.9（超前）～0.9（滯后），按照逆變器功率為5 500kW，功率因數(shù)為0.90，則可提供最大無(wú)功約2 600kvar。（5）全站可提供的最大無(wú)功共約5 400kvar。

無(wú)功補(bǔ)償裝置由變電站原配置的無(wú)功補(bǔ)償裝置和本期光伏發(fā)電站的逆變器的無(wú)功補(bǔ)償能力組成，完全可以滿(mǎn)足，也符合GB/T29321—2012《光伏發(fā)電站無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)規(guī)范》中“5.1.2光伏發(fā)電站應(yīng)充分利用并網(wǎng)逆變器的無(wú)功容量及其調(diào)節(jié)能力”的要求。

2015年7月某天，敏華的運(yùn)行情況為2#主變、4# 主變和5#主變運(yùn)行，1#主變和3#主變停運(yùn)。主變負(fù)荷如下：2#主變?yōu)?51.37kW，4#主變?yōu)?49.97kW，5#主變?yōu)?46.05kW，功率因數(shù)均為0.92（因主變400V 側(cè)均配置有無(wú)功補(bǔ)償裝置，且功率因數(shù)控制器整定為0.92）。

光伏電站一天中可能從不發(fā)電到滿(mǎn)發(fā)，然后再到不發(fā)電，是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。按照逆變器功率因數(shù)設(shè)定為0.90（滯后），經(jīng)潮流計(jì)算得不同的5 500kWp光伏的發(fā)電率（%）下的總進(jìn)線處功率（kVA）和功率因數(shù)為：0%時(shí)，為1 653.4＋j757，0.91；5%時(shí)，為1 378.8＋j625.7，0.91；10%時(shí)，為1 105＋j495.7，0.91；15%時(shí)，為831.9＋j363.6，0.92；20%時(shí)，為559.6＋j235，0.92；25%時(shí)，為287.9＋j107.6，0.94；30%時(shí)，為16.9－j18.5，0.67；35%時(shí)，為－253.4－j144.5，0.87；40%時(shí)，為－523－j268.3，0.89；45%時(shí)，為－791.9－j389.8，0.90；50%時(shí)，為－1 060.2－j512.3，0.90；60%時(shí)，為－1 594.7－j751.6，0.90；70%時(shí)，為－2 126.7－j986.5，0.91；80%時(shí)，為－2 656.2－j1 216.9，0.91；90%時(shí)，為－3 183.2－j1 443.1，0.91；100%時(shí)，為－3 707.7－j1 666，0.91。（注：總進(jìn)線處功率為正值，說(shuō)明為系統(tǒng)向用戶(hù)輸送；為負(fù)值，說(shuō)明為用戶(hù)向系統(tǒng)輸送。）

上述數(shù)據(jù)基本與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)上觀測(cè)到的數(shù)據(jù)一致。可見(jiàn)，當(dāng)光伏發(fā)電率為30%、35%和40%時(shí)，總進(jìn)線處的功率因數(shù)都小于0.90，不滿(mǎn)足供電公司規(guī)定，需采取增大逆變器的功率因數(shù)的措施。

綜上所述，因?yàn)楣夥l(fā)電是動(dòng)態(tài)變化的，故會(huì)造成總進(jìn)線處（產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)）的功率因數(shù)變化，出現(xiàn)不滿(mǎn)足供電公司要求功率因數(shù)大于等于0.9的情況，造成電力資源的浪費(fèi)。加上用戶(hù)的負(fù)荷也可能變化，所以?xún)H通過(guò)運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)逆變器的功率因數(shù)，無(wú)法很好地保證總進(jìn)線處的功率因數(shù)大于等于0.9。

2 采用的解決辦法

為了解決此問(wèn)題，光伏監(jiān)控系統(tǒng)廠家通過(guò)采集總進(jìn)線處的功率因數(shù)，跟設(shè)定的總進(jìn)線處功率因數(shù)進(jìn)行比較，然后根據(jù)接線、負(fù)荷和光伏發(fā)電情況，計(jì)算得出逆變器需提供的無(wú)功功率、需設(shè)定的功率因數(shù)，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)與逆變器通信，發(fā)出功率因數(shù)的調(diào)節(jié)命令，實(shí)現(xiàn)了對(duì)總進(jìn)線處功率因數(shù)的控制，如圖2所示。

圖2 總進(jìn)線處功率因數(shù)的控制方法

3 結(jié)語(yǔ)

分布式光伏發(fā)電站就近接入現(xiàn)有的10kV 用戶(hù)變電站時(shí)，由于光伏發(fā)電是動(dòng)態(tài)變化的，加上用戶(hù)的負(fù)荷也可能變化，光伏監(jiān)控系統(tǒng)中增加相關(guān)的計(jì)算分析功能，同時(shí)與逆變器進(jìn)行通信，對(duì)逆變器的功率因數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，保證了總進(jìn)線處的功率因數(shù)能夠滿(mǎn)足供電公司的要求。

［1］國(guó)家電網(wǎng)公司.分布式電源接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)：接入系統(tǒng)分冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2014.

［2］中國(guó)電力科學(xué)研究院，國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院.GB/T29321—2012 光伏發(fā)電站無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［3］中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)，國(guó)家電網(wǎng)公司.GB/T50866—2013 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

［4］國(guó)家電網(wǎng)生〔2009〕133號(hào) 電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定［S］.