分布式光伏電站接入配電網(wǎng)后功率因數(shù)降低的解決方案

華能國際電力股份有限公司浙江分公司 ■ 朱建群 劉建 毛俊海 吳澤華

0 引言

功率因數(shù)是電網(wǎng)公司考核電力用戶用電質(zhì)量的重要指標(biāo)，一般要求達(dá)到0.85以上，未達(dá)到該要求的電力用戶將受到電價考核。因此，用電企業(yè)一般會在配電裝置上安裝無功補(bǔ)償裝置。

分布式光伏電站憑借充分利用建筑物屋頂、不占建設(shè)用地、電能就地消納等優(yōu)勢，得到了迅速發(fā)展。在接入系統(tǒng)設(shè)計方面，光伏電站所發(fā)電往往直接接入用電企業(yè)配電裝置，能首先供企業(yè)使用，多余電能饋入電網(wǎng)，不足部分由電網(wǎng)補(bǔ)充。小型分布式光伏電站因設(shè)備少、線路短，利用逆變器發(fā)出的無功功率和企業(yè)無功補(bǔ)償裝置的調(diào)節(jié)能力，一般能滿足功率因數(shù)的要求[1]。但筆者在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，分布式光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行后會干擾用電企業(yè)無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，而且光伏電站發(fā)電功率越接近企業(yè)用電負(fù)荷，對無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償精度的影響越大，甚至?xí)馃o功補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行，造成功率因數(shù)不合格，本文通過對造成該現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，提供了一種有效的解決方案。

1 案例介紹

某分布式光伏電站的設(shè)計容量為400 kWp(峰值)，光伏組件安裝于企業(yè)廠房屋頂，組件發(fā)出的直流電就地經(jīng)組串式逆變器逆變，通過交流匯流箱匯流后接入企業(yè)380 V配電裝置。企業(yè)配電變壓器容量為400 kVA，電壓為380 V的配電裝置已配置了無功補(bǔ)償裝置，光伏電站未另行設(shè)計無功補(bǔ)償。接入光伏電站后企業(yè)配電裝置的主接線的接線方式如圖1所示。

圖1 接入光伏電站后企業(yè)配電裝置的主接線接線方式

光伏電站投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)，隨著光伏電站發(fā)電功率的提高，企業(yè)無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償電容器組逐步退出，監(jiān)測點(diǎn)K1的功率因數(shù)下降。經(jīng)檢查，此時配電裝置母線電壓為408 V，企業(yè)無功補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)、補(bǔ)償電容器均正常。光伏電站切除后，監(jiān)測點(diǎn)K1的功率因數(shù)恢復(fù)正常。

2 原因分析

光伏電站投運(yùn)前，企業(yè)用電負(fù)荷均由電網(wǎng)供電，無功補(bǔ)償裝置通過監(jiān)測配電裝置母線電壓和通過監(jiān)測點(diǎn)K1的電網(wǎng)的無功功率Q1、有功功率P1，經(jīng)控制器綜合判斷后投入適量的電容器組數(shù)量(如圖2所示)，以保證通過監(jiān)測點(diǎn)K1的P1、Q1的比例關(guān)系能保證功率因數(shù)滿足電網(wǎng)公司要求。

出于項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性考慮，光伏電站規(guī)模一般按接近企業(yè)用電變壓器容量設(shè)計，逆變器功率因數(shù)設(shè)置在0.85以上。光伏電站投運(yùn)后，當(dāng)光伏電站發(fā)電功率小于企業(yè)用電負(fù)荷時，企業(yè)用電負(fù)荷所需電力將由電網(wǎng)和光伏電站同時提供，即Qf=Q1+Q2、Pf=P1+P2，其中，Qf、Pf分別為用電負(fù)荷對應(yīng)的無功功率和有功功率，Q2、P2分別為光伏電站所發(fā)電的無功功率和有功功率。此時無功補(bǔ)償裝置動作的判斷依據(jù)仍為功率因數(shù)是否滿足電網(wǎng)公司要求。當(dāng)光伏電站發(fā)電功率P2接近用電負(fù)荷Pf時，電網(wǎng)提供的有功功率P1急劇下降，甚至為零，企業(yè)用電負(fù)荷所需要的無功功率也將部分由光伏電站提供，Q1=Qf-Q2也將減少[2]。但由于無功補(bǔ)償裝置控制器動作限值根據(jù)企業(yè)總用電負(fù)荷設(shè)定，由于通過監(jiān)測點(diǎn)K1的無功功率較小，未達(dá)到無功補(bǔ)償裝置控制器的調(diào)節(jié)限值，因此，在配電裝置母線電壓達(dá)到合格范圍后，無功補(bǔ)償裝置不會增加補(bǔ)償電容器組的數(shù)量，導(dǎo)致電網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)K1的功率因數(shù)急劇下降。

圖2 無功補(bǔ)償裝置監(jiān)測回路示意圖

3 解決方案

在無功補(bǔ)償監(jiān)測信息中加入光伏電站發(fā)電量信息進(jìn)行修正，也就是在光伏電站接入配電裝置處設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)K2，增設(shè)一套與無功補(bǔ)償裝置原監(jiān)測點(diǎn)K1同型號、同參數(shù)的電流互感器。兩套電流互感器二次繞組同向并接后接入無功補(bǔ)償裝置控制器回路，使無功補(bǔ)償裝置能根據(jù)用電負(fù)荷實(shí)際需要的總無功功率調(diào)整投入的電容器組數(shù)量，保證K1點(diǎn)功率因數(shù)滿足電網(wǎng)公司的要求。改造后的無功補(bǔ)償裝置監(jiān)測回路示意圖如圖3所示。

經(jīng)解決方案改造后，企業(yè)無功補(bǔ)償裝置動作正常，未再出現(xiàn)K1點(diǎn)功率因數(shù)低于電網(wǎng)公司要求的現(xiàn)象。

圖3 改造后的無功補(bǔ)償裝置監(jiān)測回路示意圖

4 小結(jié)

本文針對分布式光伏電站接入配電網(wǎng)后功率因數(shù)降低的情況提出了一種解決方案，并驗(yàn)證了方案的有效性。該解決方案同樣適用于10 kV電壓等級接入用電企業(yè)配電裝置、光伏電站規(guī)模接近企業(yè)用電最大負(fù)荷的系統(tǒng)。

[1]孟慶天, 李莉美.光伏電站無功補(bǔ)償容量分析與計算 [J].電力電容器與無功補(bǔ)償, 2012, 33(6): 54.

[2]賈曉杰.光伏電站對所接入配電網(wǎng)功率因數(shù)的影響[J].科技與創(chuàng)新，2015, (19): 103.