分布式工商業(yè)光伏無功補償方案

前言

最近，光伏系統(tǒng)與原有配電系統(tǒng)的兼容問題得到了大家的關(guān)注，因為電網(wǎng)的功率因數(shù)達(dá)不到電網(wǎng)公司的要求而受到罰款的情況也時有發(fā)生，本文檔將功率因數(shù)概念入手，分析事例，最后給出建議和問題處理辦法。

一、為什么功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)，供電公司會罰款？

負(fù)載的功率因數(shù)低，會引起以下不良后果，主要表現(xiàn)有兩個方面：

（1）電力系統(tǒng)和用電企業(yè)的設(shè)備不能被充分利用。

因為電力系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電機和變壓器等設(shè)備，在正常情況下，不允許長期超過額定電壓和額定電流運行。所以當(dāng)電壓和電流都已達(dá)到額定值時，功率因數(shù)低便造成設(shè)備有功功率的輸出較少。同樣容量的設(shè)備，功率因數(shù)越低，其輸出的有功功率就越少。

（2）引起電力系統(tǒng)電能損耗增大和供電質(zhì)量降低。

對輸電和配電線路來說，線路中的損耗與電流大小的平方成正比，當(dāng)輸送同樣大小的有功功率P＝IUcosφ時，功率因數(shù)cosφ越低，輸電線路中的電流I＝P／Ucos φ就越大，而線路的電能損耗是與電流的平方成正比增加的。

另外，當(dāng)功率因數(shù)降低，線路電流增大時，勢必造成線路中電壓降增大，這將導(dǎo)致線路末端的電壓降低。若要滿足末端用戶電壓要求，則線路始端的電壓就要升高，從而會使整個線路的供電質(zhì)量降低。

從以上兩方面來看，提高用電功率因數(shù)是非常必要的，它不但可以提高電力系統(tǒng)和用電企業(yè)設(shè)備的利用率，做到在同樣發(fā)電設(shè)備條件下，提高發(fā)電能力。而且可以減小電能損耗和提高用電質(zhì)量，它是節(jié)約用電的一項很重要的技術(shù)措施。

二、功率因數(shù)的概念

在交流電力系統(tǒng)中，有三種常用的功率表征量：有功功率P、無功功率Q和視在功率S，他們之間的三角關(guān)系如下圖：

有功功率可以看做交流電路中阻性負(fù)載消耗的功率，而無功功率主要由電路中感性負(fù)載決定。

三、功率因數(shù)降低的原因

總體來看，功率因數(shù)下降的原因主要是：

1、不具備補償設(shè)備或者原有補償設(shè)備實際可用補償容量不足

中小型工商業(yè)考慮到項目成本問題，一般不會加裝補償設(shè)備SVG。

另外，由于使用時間過長，有一些交流接觸器可能已經(jīng)發(fā)生了損壞，同時補償電容的容量也會隨著使用時間而產(chǎn)生衰減；這就導(dǎo)致了我們補償設(shè)備額不工作或者可用補償容量不足。

2、補償設(shè)備檢測點選擇不正確

1點為補償柜的檢測點，當(dāng)光伏發(fā)的電（有功）供負(fù)荷使用，通過1的有功相應(yīng)的就會變少，而從電網(wǎng)用的無功還是不變，這就造成了1點檢測到的功率因數(shù)偏低，電容補償柜的電容會進(jìn)行投切。

但是當(dāng)負(fù)荷小于光伏發(fā)的電時，光伏就有賣電情況，一旦1檢測到上行電流早期市面上大多數(shù)無功補償控制器只能檢測到買電狀態(tài)下才能正常進(jìn)行無功補償投切電容瓶的操作，所以一旦1檢測到上行電流，此時控制器會判斷為有容性無功產(chǎn)生，會逐步自動將自身的電容瓶切出。這就是現(xiàn)場出現(xiàn)功率因數(shù)異常的原因。

3、無功補償設(shè)備的控制器損壞

4、電網(wǎng)中負(fù)載帶來的諧波較大，補償電容器無法正常投切

而補償設(shè)備實際可用容量不足和檢測點位置選擇不正確，是問題的主要原因。

四、功率因數(shù)偏低的解決方案

1、被動式功率因數(shù)調(diào)節(jié)方式

將逆變器功率因數(shù)設(shè)置為0.8~1之間某一定值，通過逆變器補償一部分無功；這個就需要逐步適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，通過觀察一段時間后，如果功率因數(shù)還是偏低，那么還要繼續(xù)對逆變器進(jìn)行調(diào)整，直到功率因數(shù)正常。

缺點：光伏會固定輸出一部分無功值，影響光伏發(fā)電量

2、將無功補償裝置的檢測點后移至變壓器的出線側(cè)，即如下圖：

把光伏的部分移到無功補償采樣CT的前端，即讓光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)同性質(zhì)，共同為負(fù)載出力，同時富余電量上行時，不經(jīng)過CT的采樣CT，僅僅經(jīng)過計量采樣CT。

3、增加固德威SEC1000智慧能源控制箱，動態(tài)無功補償

外部圖片

接線示意圖

工作原理：

其工作原理為通過采集線路上的實際功率因數(shù)和目標(biāo)功率因數(shù)進(jìn)行對比，計算出需求的無功數(shù)值，使得逆變器可以自行分配控制輸出所需的功率，對光伏電站進(jìn)行智能無功補償，調(diào)節(jié)實時系統(tǒng)功率因數(shù)，最大限度提高光伏電站收益。

功率因數(shù)設(shè)置

說明

1.利用逆變器的PF調(diào)節(jié)功或自動無功補償裝置盡管成本較低，但會影響太陽能發(fā)電的最大功率，并且一般逆變器的無功能力有限。

2.動態(tài)無功補償方案是基于RS485通訊調(diào)節(jié)，響應(yīng)時間在秒級，對于光照或者負(fù)載快速變化的情況，無功補償柜的瞬時功率因數(shù)仍會出現(xiàn)低于設(shè)定值的情況，但不會對一個月總體的功率因數(shù)產(chǎn)生影響。

3.動態(tài)無功補償也應(yīng)考慮到項目改造的可行性。

五、建議和處理辦法

項目開始之前，明確：

· 補償裝置的檢測點要放在配電網(wǎng)檢測那一級；

· 分布式商業(yè)電站在項目設(shè)計之初就要考慮到原有變壓器、無功補償裝置、傳輸線纜、負(fù)載類型和功率以及光伏系統(tǒng)的兼容問題；

· 光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)點最好選擇功率穩(wěn)定的并網(wǎng)點，頻繁的功率波動，可能會出現(xiàn)無功補償裝置無法正常投切的事件.

項目運行過程中遇到問題，可以：

· 暫時將逆變器的輸出功率因數(shù)調(diào)低（不要低于0.9），讓光伏系統(tǒng)暫時輸出一定的無功功率；

· 檢查無功補償裝置檢測點的位置；

· 檢查無功補償裝置實際可用容量能不能滿足功率因數(shù)的要求，不滿足的情況下，可以增加或者更換補償柜。

總結(jié)

功率因數(shù)問題是工商業(yè)分布式光伏項目需要特別關(guān)注的，但事實上它并沒有想象中的那么復(fù)雜，了解并掌握上文所述的內(nèi)容，或許對您的電站運維有所幫助。