摘 要：光伏發(fā)電作為一種新型能源，正在被人們所認(rèn)識(shí)與接受。2013年，全國(guó)各地均出現(xiàn)了光伏電站的搶裝潮，隨著光伏電站并網(wǎng)比例的不斷升高，光伏電站中無功補(bǔ)償?shù)耐度肱c建設(shè)成本成為學(xué)者及設(shè)計(jì)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。文章通過對(duì)大型光伏電站無功損耗的計(jì)算，選擇出合理的補(bǔ)償容量，與使用傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量配置計(jì)算方法進(jìn)行比較，得出無功補(bǔ)償容量的最優(yōu)配置原則。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；無功補(bǔ)償

引言

隨著全球能源消耗的不斷增長(zhǎng)，正當(dāng)石油天然氣能源漸見拮據(jù)、煤炭能源污染加劇、電供應(yīng)日益成為"卡脖頸"問題的時(shí)候，太陽能引起了人們更多的關(guān)注。近年來，由于全國(guó)各地新的光伏政策的不斷出臺(tái)，各類有關(guān)于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的利好消息日漸增多，各地出現(xiàn)了一片光伏電站的搶裝熱潮，與此同時(shí)也帶動(dòng)了光伏相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。靜止無功發(fā)生器（SVG）作為靜止無功補(bǔ)償器（SVC）的更新?lián)Q代產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用在各光伏電站中。文章選取青海當(dāng)?shù)?座20MW光伏電站為項(xiàng)目案例，對(duì)該電站的無功損耗進(jìn)行計(jì)算，得出該電站無功補(bǔ)償裝置的容量配置，并與傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置容量配置進(jìn)行比較，得出光伏電站無功補(bǔ)償裝置容量最優(yōu)配置方案。

1 光伏電站無功損耗

光伏電站無功損耗計(jì)算主要為線路無功損耗計(jì)算、變壓器無功損耗計(jì)算?？赏ㄟ^計(jì)算以上損耗之和得出無功補(bǔ)償所需配置容量。

1.1 線路無功損耗計(jì)算

QL=3I2X

QL-線路電抗產(chǎn)生的無功損耗，kvar；I-線路額定功率下電流，A

I=P/（√3 U cos ？椎）

P-線路額定功率，kW；U-線路額定線電壓kv；cos -功率因數(shù)；X-線路等值電抗；

X=xL

x-導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電抗，Ω/km；L-線路長(zhǎng)度，km。

1.2 單臺(tái)變壓器無功損耗計(jì)算

-變壓器無功損耗，kvar； -變壓器短路電壓百分比； -變壓器空載電流百分比； -負(fù)載系數(shù)； -變壓器額定容量，kvA.

1.3 系統(tǒng)無功功率損耗

Q=QL+QT

2 典型光伏電站無功損耗計(jì)算

文章選取青海當(dāng)?shù)?座20MW光伏電站為項(xiàng)目案例，該電站裝機(jī)容量為20MW，分為20個(gè)1MW光伏發(fā)電單元，20個(gè)發(fā)電單元通過方陣內(nèi)匯流箱進(jìn)行1級(jí)匯流后，經(jīng)20個(gè)逆變升壓?jiǎn)卧孀兩龎汉?，?個(gè)集電回路將電能送入到開閉站3個(gè)高壓開關(guān)柜中，最終送入到公網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)電站并網(wǎng)。

2.1 電站集電線路無功損耗計(jì)算

由于光伏并網(wǎng)電站為電源端，在一般情況下只給電網(wǎng)提供有功電能，即將太陽能光伏陣列的直流電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電能虧送給電網(wǎng)，故光伏方針內(nèi)低壓集電電纜不作為光伏電站線纜無功損耗的主要因素，本次對(duì)光伏電站集電電纜無功損耗的計(jì)算主要為35kv集電電纜的無功損耗、200米35kv送出線纜無功損耗、6km架空線路無功損耗。

2.1.1 35kv集電線路產(chǎn)生無功損耗

由于該電站使用YJV22-35kv-3x70電纜作為集電電纜，3個(gè)回路集電電纜用量如表1所示：

表1

各集電回路電流為表2所示：

表2

查表3得YJV22-35kv-3x70電纜單位長(zhǎng)度電抗為x=0.132 Ω/km

集電回路無功損耗為表3所示：

表3

2.1.2 光伏電站至站外桿塔電纜無功損耗

本站35kv送出電纜使用YJV22-35kv-3x240電纜，電纜單位長(zhǎng)度電抗為x=0.0916 Ω/km

35kv送出線路無功損耗為表4所示：

表4

2.1.3 架空線路無功損耗

本站架空線路使用LGJ-240鋼芯鋁絞線，鋼芯鋁絞線單位長(zhǎng)度電抗為x=0.386 Ω/km

架空線路無功損耗為表5所示：

表5

綜上，線纜無功損耗為：20.8+5+625.32=651.12 kvar

2.2 變壓器無功損耗計(jì)算

該電站共計(jì)20個(gè)光伏發(fā)電單元，每個(gè)光伏發(fā)電單元裝機(jī)容量為1MW，1MW光伏發(fā)電單元系統(tǒng)圖如圖1：

如圖1，每個(gè)光伏發(fā)電單元由若干匯流箱組成1級(jí)匯流單元，由2臺(tái)直流柜構(gòu)成2級(jí)匯流單元，由2臺(tái)0.5MW逆變器及1臺(tái)S11-1000kvA，35/0.3-0.3kv組成逆變升壓?jiǎn)卧?。光伏發(fā)電單元中，由于逆變器本身具有無功補(bǔ)償效果，故只需計(jì)算20臺(tái)箱式變壓器無功損耗。

箱式變壓器參數(shù)：

型號(hào)：S11-1000kvA，35/0.3-0.3kv

容量：1000kvA 短路阻抗：6.5%

變壓器空載電流比：0.31% 變壓器臺(tái)數(shù)：20

下列計(jì)算方法為單臺(tái)變壓器無功損耗計(jì)算方法

則，該電站20臺(tái)箱式變壓器無功損耗計(jì)算方法為：

可得出變壓器在不同負(fù)荷情況下所產(chǎn)生的無功損耗，如表6：

通過對(duì)變壓器各負(fù)載情況下的無功損耗計(jì)算可以得出，變壓器最小負(fù)荷情況下所消耗的無功損耗為62kvar，滿負(fù)荷情況下所消耗的無功損耗為1362kvar。根據(jù)對(duì)青海當(dāng)?shù)匾呀ǔ刹糠止夥娬镜钠骄l(fā)電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)得知，20MW光伏電站的平均發(fā)電負(fù)荷約為70%左右，即變壓器在70%負(fù)荷情況下無功損耗為699kvar，此時(shí)系統(tǒng)無功功率損耗

Q=QL+QT=651.12+699=1350.12kvar

通過以上計(jì)算，可為該電站配置補(bǔ)償容量為1.4MVar的無功補(bǔ)償裝置。依據(jù)傳統(tǒng)無功補(bǔ)償容量的算法可得出，20MW光伏電站需配置的無功補(bǔ)償容量約為電站裝機(jī)容量的的10%左右，即2MVar，通過對(duì)比可以看出，如依據(jù)傳統(tǒng)算法對(duì)無功補(bǔ)償裝置的容量進(jìn)行計(jì)算，以一個(gè)20MW的電站為例，大約會(huì)造成月700kvar的裝置容量浪費(fèi)，多余補(bǔ)償容量約占總配置容量的35%。

3 補(bǔ)償容量過大的危害

無功補(bǔ)償裝置容量配置過大不但會(huì)增加項(xiàng)目的投資成本，造成項(xiàng)目投入的浪費(fèi)，而且可能會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償情況，造成站端電壓升高，引起過電壓情況的發(fā)生。近年來，大量光伏電站中的無功補(bǔ)償裝置多為降壓式成套無功補(bǔ)償裝置，其物理結(jié)構(gòu)由降壓變壓器及無功補(bǔ)償成套控制柜組成，降壓變壓器的容量及大小多與無功補(bǔ)償裝置的容量成正比，即補(bǔ)償裝置容量越大，變壓器的安裝容量及尺寸越大，相應(yīng)的變壓器基礎(chǔ)也越大，如不合理配置無功補(bǔ)償裝置的容量，造成補(bǔ)償容量配置過大，則會(huì)造成補(bǔ)償裝置變壓器的空載損耗及裝置冷卻損耗的增加，降低設(shè)備使用效率及經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

國(guó)家能源局發(fā)布的《國(guó)家能源局關(guān)于下達(dá)2014年光伏發(fā)電年度新增建設(shè)規(guī)模的通知》中提到2014年國(guó)內(nèi)新增總規(guī)模1400MW，由此可以看出在未來1年甚至多年中，光伏發(fā)電仍舊是國(guó)家所扶持的新興能源行業(yè)，盡管光伏電站中的逆變器早已實(shí)現(xiàn)了無功調(diào)節(jié)的功能，但光伏電站需具備一定的無功備用容量用以在電網(wǎng)故障或異常時(shí)，向電網(wǎng)提供無功支持，防止電壓崩潰已成為光伏電站設(shè)備配置的硬性要求，合理地計(jì)算光伏電站的無功損耗，得出合理的無功補(bǔ)償容量配置可避免依靠傳統(tǒng)算法配置過大容量的無功補(bǔ)償裝置，致使光伏電站無功補(bǔ)償裝置的投資浪費(fèi)，從側(cè)面加大光伏電站的投資回報(bào)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚天亮，鄭昕，楊德洲，等.打捆并網(wǎng)方式下光伏電站無功補(bǔ)償及諧波問題[J].電力建設(shè)，2011，32（8）：24-28

[2]（日）太陽光發(fā)電協(xié)會(huì).太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工[M].北京：科學(xué)出版社，2006，13-72.

[3]GB/T29321-2012，光伏發(fā)電站無功補(bǔ)償技術(shù)規(guī)范[S]，2011（20）.

作者簡(jiǎn)介：劉剛（1985-），男（漢族），陜西西安，本科，電氣工程及其自動(dòng)化，主要從事光伏系統(tǒng)集成的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。

摘 要：光伏發(fā)電作為一種新型能源，正在被人們所認(rèn)識(shí)與接受。2013年，全國(guó)各地均出現(xiàn)了光伏電站的搶裝潮，隨著光伏電站并網(wǎng)比例的不斷升高，光伏電站中無功補(bǔ)償?shù)耐度肱c建設(shè)成本成為學(xué)者及設(shè)計(jì)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。文章通過對(duì)大型光伏電站無功損耗的計(jì)算，選擇出合理的補(bǔ)償容量，與使用傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量配置計(jì)算方法進(jìn)行比較，得出無功補(bǔ)償容量的最優(yōu)配置原則。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；無功補(bǔ)償

引言

隨著全球能源消耗的不斷增長(zhǎng)，正當(dāng)石油天然氣能源漸見拮據(jù)、煤炭能源污染加劇、電供應(yīng)日益成為"卡脖頸"問題的時(shí)候，太陽能引起了人們更多的關(guān)注。近年來，由于全國(guó)各地新的光伏政策的不斷出臺(tái)，各類有關(guān)于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的利好消息日漸增多，各地出現(xiàn)了一片光伏電站的搶裝熱潮，與此同時(shí)也帶動(dòng)了光伏相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。靜止無功發(fā)生器（SVG）作為靜止無功補(bǔ)償器（SVC）的更新?lián)Q代產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用在各光伏電站中。文章選取青海當(dāng)?shù)?座20MW光伏電站為項(xiàng)目案例，對(duì)該電站的無功損耗進(jìn)行計(jì)算，得出該電站無功補(bǔ)償裝置的容量配置，并與傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置容量配置進(jìn)行比較，得出光伏電站無功補(bǔ)償裝置容量最優(yōu)配置方案。

1 光伏電站無功損耗

光伏電站無功損耗計(jì)算主要為線路無功損耗計(jì)算、變壓器無功損耗計(jì)算?？赏ㄟ^計(jì)算以上損耗之和得出無功補(bǔ)償所需配置容量。

1.1 線路無功損耗計(jì)算

QL=3I2X

QL-線路電抗產(chǎn)生的無功損耗，kvar；I-線路額定功率下電流，A

I=P/（√3 U cos ？椎）

P-線路額定功率，kW；U-線路額定線電壓kv；cos -功率因數(shù)；X-線路等值電抗；

X=xL

x-導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電抗，Ω/km；L-線路長(zhǎng)度，km。

1.2 單臺(tái)變壓器無功損耗計(jì)算

-變壓器無功損耗，kvar； -變壓器短路電壓百分比； -變壓器空載電流百分比； -負(fù)載系數(shù)； -變壓器額定容量，kvA.

1.3 系統(tǒng)無功功率損耗

Q=QL+QT

2 典型光伏電站無功損耗計(jì)算

文章選取青海當(dāng)?shù)?座20MW光伏電站為項(xiàng)目案例，該電站裝機(jī)容量為20MW，分為20個(gè)1MW光伏發(fā)電單元，20個(gè)發(fā)電單元通過方陣內(nèi)匯流箱進(jìn)行1級(jí)匯流后，經(jīng)20個(gè)逆變升壓?jiǎn)卧孀兩龎汉?，?個(gè)集電回路將電能送入到開閉站3個(gè)高壓開關(guān)柜中，最終送入到公網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)電站并網(wǎng)。

2.1 電站集電線路無功損耗計(jì)算

由于光伏并網(wǎng)電站為電源端，在一般情況下只給電網(wǎng)提供有功電能，即將太陽能光伏陣列的直流電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電能虧送給電網(wǎng)，故光伏方針內(nèi)低壓集電電纜不作為光伏電站線纜無功損耗的主要因素，本次對(duì)光伏電站集電電纜無功損耗的計(jì)算主要為35kv集電電纜的無功損耗、200米35kv送出線纜無功損耗、6km架空線路無功損耗。

2.1.1 35kv集電線路產(chǎn)生無功損耗

由于該電站使用YJV22-35kv-3x70電纜作為集電電纜，3個(gè)回路集電電纜用量如表1所示：

表1

各集電回路電流為表2所示：

表2

查表3得YJV22-35kv-3x70電纜單位長(zhǎng)度電抗為x=0.132 Ω/km

集電回路無功損耗為表3所示：

表3

2.1.2 光伏電站至站外桿塔電纜無功損耗

本站35kv送出電纜使用YJV22-35kv-3x240電纜，電纜單位長(zhǎng)度電抗為x=0.0916 Ω/km

35kv送出線路無功損耗為表4所示：

表4

2.1.3 架空線路無功損耗

本站架空線路使用LGJ-240鋼芯鋁絞線，鋼芯鋁絞線單位長(zhǎng)度電抗為x=0.386 Ω/km

架空線路無功損耗為表5所示：

表5

綜上，線纜無功損耗為：20.8+5+625.32=651.12 kvar

2.2 變壓器無功損耗計(jì)算

該電站共計(jì)20個(gè)光伏發(fā)電單元，每個(gè)光伏發(fā)電單元裝機(jī)容量為1MW，1MW光伏發(fā)電單元系統(tǒng)圖如圖1：

如圖1，每個(gè)光伏發(fā)電單元由若干匯流箱組成1級(jí)匯流單元，由2臺(tái)直流柜構(gòu)成2級(jí)匯流單元，由2臺(tái)0.5MW逆變器及1臺(tái)S11-1000kvA，35/0.3-0.3kv組成逆變升壓?jiǎn)卧?。光伏發(fā)電單元中，由于逆變器本身具有無功補(bǔ)償效果，故只需計(jì)算20臺(tái)箱式變壓器無功損耗。

箱式變壓器參數(shù)：

型號(hào)：S11-1000kvA，35/0.3-0.3kv

容量：1000kvA 短路阻抗：6.5%

變壓器空載電流比：0.31% 變壓器臺(tái)數(shù)：20

下列計(jì)算方法為單臺(tái)變壓器無功損耗計(jì)算方法

則，該電站20臺(tái)箱式變壓器無功損耗計(jì)算方法為：

可得出變壓器在不同負(fù)荷情況下所產(chǎn)生的無功損耗，如表6：

通過對(duì)變壓器各負(fù)載情況下的無功損耗計(jì)算可以得出，變壓器最小負(fù)荷情況下所消耗的無功損耗為62kvar，滿負(fù)荷情況下所消耗的無功損耗為1362kvar。根據(jù)對(duì)青海當(dāng)?shù)匾呀ǔ刹糠止夥娬镜钠骄l(fā)電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)得知，20MW光伏電站的平均發(fā)電負(fù)荷約為70%左右，即變壓器在70%負(fù)荷情況下無功損耗為699kvar，此時(shí)系統(tǒng)無功功率損耗

Q=QL+QT=651.12+699=1350.12kvar

通過以上計(jì)算，可為該電站配置補(bǔ)償容量為1.4MVar的無功補(bǔ)償裝置。依據(jù)傳統(tǒng)無功補(bǔ)償容量的算法可得出，20MW光伏電站需配置的無功補(bǔ)償容量約為電站裝機(jī)容量的的10%左右，即2MVar，通過對(duì)比可以看出，如依據(jù)傳統(tǒng)算法對(duì)無功補(bǔ)償裝置的容量進(jìn)行計(jì)算，以一個(gè)20MW的電站為例，大約會(huì)造成月700kvar的裝置容量浪費(fèi)，多余補(bǔ)償容量約占總配置容量的35%。

3 補(bǔ)償容量過大的危害

無功補(bǔ)償裝置容量配置過大不但會(huì)增加項(xiàng)目的投資成本，造成項(xiàng)目投入的浪費(fèi)，而且可能會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償情況，造成站端電壓升高，引起過電壓情況的發(fā)生。近年來，大量光伏電站中的無功補(bǔ)償裝置多為降壓式成套無功補(bǔ)償裝置，其物理結(jié)構(gòu)由降壓變壓器及無功補(bǔ)償成套控制柜組成，降壓變壓器的容量及大小多與無功補(bǔ)償裝置的容量成正比，即補(bǔ)償裝置容量越大，變壓器的安裝容量及尺寸越大，相應(yīng)的變壓器基礎(chǔ)也越大，如不合理配置無功補(bǔ)償裝置的容量，造成補(bǔ)償容量配置過大，則會(huì)造成補(bǔ)償裝置變壓器的空載損耗及裝置冷卻損耗的增加，降低設(shè)備使用效率及經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

國(guó)家能源局發(fā)布的《國(guó)家能源局關(guān)于下達(dá)2014年光伏發(fā)電年度新增建設(shè)規(guī)模的通知》中提到2014年國(guó)內(nèi)新增總規(guī)模1400MW，由此可以看出在未來1年甚至多年中，光伏發(fā)電仍舊是國(guó)家所扶持的新興能源行業(yè)，盡管光伏電站中的逆變器早已實(shí)現(xiàn)了無功調(diào)節(jié)的功能，但光伏電站需具備一定的無功備用容量用以在電網(wǎng)故障或異常時(shí)，向電網(wǎng)提供無功支持，防止電壓崩潰已成為光伏電站設(shè)備配置的硬性要求，合理地計(jì)算光伏電站的無功損耗，得出合理的無功補(bǔ)償容量配置可避免依靠傳統(tǒng)算法配置過大容量的無功補(bǔ)償裝置，致使光伏電站無功補(bǔ)償裝置的投資浪費(fèi)，從側(cè)面加大光伏電站的投資回報(bào)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚天亮，鄭昕，楊德洲，等.打捆并網(wǎng)方式下光伏電站無功補(bǔ)償及諧波問題[J].電力建設(shè)，2011，32（8）：24-28

[2]（日）太陽光發(fā)電協(xié)會(huì).太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工[M].北京：科學(xué)出版社，2006，13-72.

[3]GB/T29321-2012，光伏發(fā)電站無功補(bǔ)償技術(shù)規(guī)范[S]，2011（20）.

作者簡(jiǎn)介：劉剛（1985-），男（漢族），陜西西安，本科，電氣工程及其自動(dòng)化，主要從事光伏系統(tǒng)集成的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。

摘 要：光伏發(fā)電作為一種新型能源，正在被人們所認(rèn)識(shí)與接受。2013年，全國(guó)各地均出現(xiàn)了光伏電站的搶裝潮，隨著光伏電站并網(wǎng)比例的不斷升高，光伏電站中無功補(bǔ)償?shù)耐度肱c建設(shè)成本成為學(xué)者及設(shè)計(jì)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。文章通過對(duì)大型光伏電站無功損耗的計(jì)算，選擇出合理的補(bǔ)償容量，與使用傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量配置計(jì)算方法進(jìn)行比較，得出無功補(bǔ)償容量的最優(yōu)配置原則。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；無功補(bǔ)償

引言

隨著全球能源消耗的不斷增長(zhǎng)，正當(dāng)石油天然氣能源漸見拮據(jù)、煤炭能源污染加劇、電供應(yīng)日益成為"卡脖頸"問題的時(shí)候，太陽能引起了人們更多的關(guān)注。近年來，由于全國(guó)各地新的光伏政策的不斷出臺(tái)，各類有關(guān)于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的利好消息日漸增多，各地出現(xiàn)了一片光伏電站的搶裝熱潮，與此同時(shí)也帶動(dòng)了光伏相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。靜止無功發(fā)生器（SVG）作為靜止無功補(bǔ)償器（SVC）的更新?lián)Q代產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用在各光伏電站中。文章選取青海當(dāng)?shù)?座20MW光伏電站為項(xiàng)目案例，對(duì)該電站的無功損耗進(jìn)行計(jì)算，得出該電站無功補(bǔ)償裝置的容量配置，并與傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置容量配置進(jìn)行比較，得出光伏電站無功補(bǔ)償裝置容量最優(yōu)配置方案。

1 光伏電站無功損耗

光伏電站無功損耗計(jì)算主要為線路無功損耗計(jì)算、變壓器無功損耗計(jì)算。可通過計(jì)算以上損耗之和得出無功補(bǔ)償所需配置容量。

1.1 線路無功損耗計(jì)算

QL=3I2X

QL-線路電抗產(chǎn)生的無功損耗，kvar；I-線路額定功率下電流，A

I=P/（√3 U cos ？椎）

P-線路額定功率，kW；U-線路額定線電壓kv；cos -功率因數(shù)；X-線路等值電抗；

X=xL

x-導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電抗，Ω/km；L-線路長(zhǎng)度，km。

1.2 單臺(tái)變壓器無功損耗計(jì)算

-變壓器無功損耗，kvar； -變壓器短路電壓百分比； -變壓器空載電流百分比； -負(fù)載系數(shù)； -變壓器額定容量，kvA.

1.3 系統(tǒng)無功功率損耗

Q=QL+QT

2 典型光伏電站無功損耗計(jì)算

文章選取青海當(dāng)?shù)?座20MW光伏電站為項(xiàng)目案例，該電站裝機(jī)容量為20MW，分為20個(gè)1MW光伏發(fā)電單元，20個(gè)發(fā)電單元通過方陣內(nèi)匯流箱進(jìn)行1級(jí)匯流后，經(jīng)20個(gè)逆變升壓?jiǎn)卧孀兩龎汉?，?個(gè)集電回路將電能送入到開閉站3個(gè)高壓開關(guān)柜中，最終送入到公網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)電站并網(wǎng)。

2.1 電站集電線路無功損耗計(jì)算

由于光伏并網(wǎng)電站為電源端，在一般情況下只給電網(wǎng)提供有功電能，即將太陽能光伏陣列的直流電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電能虧送給電網(wǎng)，故光伏方針內(nèi)低壓集電電纜不作為光伏電站線纜無功損耗的主要因素，本次對(duì)光伏電站集電電纜無功損耗的計(jì)算主要為35kv集電電纜的無功損耗、200米35kv送出線纜無功損耗、6km架空線路無功損耗。

2.1.1 35kv集電線路產(chǎn)生無功損耗

由于該電站使用YJV22-35kv-3x70電纜作為集電電纜，3個(gè)回路集電電纜用量如表1所示：

表1

各集電回路電流為表2所示：

表2

查表3得YJV22-35kv-3x70電纜單位長(zhǎng)度電抗為x=0.132 Ω/km

集電回路無功損耗為表3所示：

表3

2.1.2 光伏電站至站外桿塔電纜無功損耗

本站35kv送出電纜使用YJV22-35kv-3x240電纜，電纜單位長(zhǎng)度電抗為x=0.0916 Ω/km

35kv送出線路無功損耗為表4所示：

表4

2.1.3 架空線路無功損耗

本站架空線路使用LGJ-240鋼芯鋁絞線，鋼芯鋁絞線單位長(zhǎng)度電抗為x=0.386 Ω/km

架空線路無功損耗為表5所示：

表5

綜上，線纜無功損耗為：20.8+5+625.32=651.12 kvar

2.2 變壓器無功損耗計(jì)算

該電站共計(jì)20個(gè)光伏發(fā)電單元，每個(gè)光伏發(fā)電單元裝機(jī)容量為1MW，1MW光伏發(fā)電單元系統(tǒng)圖如圖1：

如圖1，每個(gè)光伏發(fā)電單元由若干匯流箱組成1級(jí)匯流單元，由2臺(tái)直流柜構(gòu)成2級(jí)匯流單元，由2臺(tái)0.5MW逆變器及1臺(tái)S11-1000kvA，35/0.3-0.3kv組成逆變升壓?jiǎn)卧?。光伏發(fā)電單元中，由于逆變器本身具有無功補(bǔ)償效果，故只需計(jì)算20臺(tái)箱式變壓器無功損耗。

箱式變壓器參數(shù)：

型號(hào)：S11-1000kvA，35/0.3-0.3kv

容量：1000kvA 短路阻抗：6.5%

變壓器空載電流比：0.31% 變壓器臺(tái)數(shù)：20

下列計(jì)算方法為單臺(tái)變壓器無功損耗計(jì)算方法

則，該電站20臺(tái)箱式變壓器無功損耗計(jì)算方法為：

可得出變壓器在不同負(fù)荷情況下所產(chǎn)生的無功損耗，如表6：

通過對(duì)變壓器各負(fù)載情況下的無功損耗計(jì)算可以得出，變壓器最小負(fù)荷情況下所消耗的無功損耗為62kvar，滿負(fù)荷情況下所消耗的無功損耗為1362kvar。根據(jù)對(duì)青海當(dāng)?shù)匾呀ǔ刹糠止夥娬镜钠骄l(fā)電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)得知，20MW光伏電站的平均發(fā)電負(fù)荷約為70%左右，即變壓器在70%負(fù)荷情況下無功損耗為699kvar，此時(shí)系統(tǒng)無功功率損耗

Q=QL+QT=651.12+699=1350.12kvar

通過以上計(jì)算，可為該電站配置補(bǔ)償容量為1.4MVar的無功補(bǔ)償裝置。依據(jù)傳統(tǒng)無功補(bǔ)償容量的算法可得出，20MW光伏電站需配置的無功補(bǔ)償容量約為電站裝機(jī)容量的的10%左右，即2MVar，通過對(duì)比可以看出，如依據(jù)傳統(tǒng)算法對(duì)無功補(bǔ)償裝置的容量進(jìn)行計(jì)算，以一個(gè)20MW的電站為例，大約會(huì)造成月700kvar的裝置容量浪費(fèi)，多余補(bǔ)償容量約占總配置容量的35%。

3 補(bǔ)償容量過大的危害

無功補(bǔ)償裝置容量配置過大不但會(huì)增加項(xiàng)目的投資成本，造成項(xiàng)目投入的浪費(fèi)，而且可能會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償情況，造成站端電壓升高，引起過電壓情況的發(fā)生。近年來，大量光伏電站中的無功補(bǔ)償裝置多為降壓式成套無功補(bǔ)償裝置，其物理結(jié)構(gòu)由降壓變壓器及無功補(bǔ)償成套控制柜組成，降壓變壓器的容量及大小多與無功補(bǔ)償裝置的容量成正比，即補(bǔ)償裝置容量越大，變壓器的安裝容量及尺寸越大，相應(yīng)的變壓器基礎(chǔ)也越大，如不合理配置無功補(bǔ)償裝置的容量，造成補(bǔ)償容量配置過大，則會(huì)造成補(bǔ)償裝置變壓器的空載損耗及裝置冷卻損耗的增加，降低設(shè)備使用效率及經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

國(guó)家能源局發(fā)布的《國(guó)家能源局關(guān)于下達(dá)2014年光伏發(fā)電年度新增建設(shè)規(guī)模的通知》中提到2014年國(guó)內(nèi)新增總規(guī)模1400MW，由此可以看出在未來1年甚至多年中，光伏發(fā)電仍舊是國(guó)家所扶持的新興能源行業(yè)，盡管光伏電站中的逆變器早已實(shí)現(xiàn)了無功調(diào)節(jié)的功能，但光伏電站需具備一定的無功備用容量用以在電網(wǎng)故障或異常時(shí)，向電網(wǎng)提供無功支持，防止電壓崩潰已成為光伏電站設(shè)備配置的硬性要求，合理地計(jì)算光伏電站的無功損耗，得出合理的無功補(bǔ)償容量配置可避免依靠傳統(tǒng)算法配置過大容量的無功補(bǔ)償裝置，致使光伏電站無功補(bǔ)償裝置的投資浪費(fèi)，從側(cè)面加大光伏電站的投資回報(bào)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚天亮，鄭昕，楊德洲，等.打捆并網(wǎng)方式下光伏電站無功補(bǔ)償及諧波問題[J].電力建設(shè)，2011，32（8）：24-28

[2]（日）太陽光發(fā)電協(xié)會(huì).太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工[M].北京：科學(xué)出版社，2006，13-72.

[3]GB/T29321-2012，光伏發(fā)電站無功補(bǔ)償技術(shù)規(guī)范[S]，2011（20）.

作者簡(jiǎn)介：劉剛（1985-），男（漢族），陜西西安，本科，電氣工程及其自動(dòng)化，主要從事光伏系統(tǒng)集成的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。