王 勇

（蘇州智方電力設(shè)計有限公司，江蘇 蘇州215200）

0 引言

根據(jù)國家能源發(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，推動能源生產(chǎn)和利用方式的變革。分布式電源對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動節(jié)能減排、實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，將成為未來發(fā)展的重點。

越來越多的企業(yè)通過有效利用廠房、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 用戶變電站，然后通過10kV電壓等級實現(xiàn)并網(wǎng)。為實現(xiàn)能源的有效利用，分布式光伏發(fā)電站所發(fā)電量實行“自發(fā)自用余電上網(wǎng)”。

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

1 情況分析

依據(jù)國家電網(wǎng)公司《電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定》中對電力用戶功率因數(shù)的規(guī)定，宜達到0.90 以上。10kV用戶變電站一般均在每臺主變380V 側(cè)配置相應(yīng)容量的電容器作為無功補償設(shè)備，通過監(jiān)測主變380V 側(cè)功率因數(shù)情況進行自動補償，以保證10kV 變電站總進線處的功率因數(shù)滿足供電公司規(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)。

下面以敏華實業(yè)（吳江）有限公司6 MW 分布式光伏發(fā)電項目為例進行分析。原有10kV 用戶變電站一座，規(guī)模為3×800kVA＋2×2 000kVA，380V 側(cè)配置電容器總?cè)萘繛?×400kvar＋2×800kvar?，F(xiàn)在廠房屋頂建設(shè)太陽能光伏發(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)方式為手動調(diào)節(jié)或通過通訊接口進行調(diào)節(jié)。

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

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

2015年7月某天，敏華的運行情況為2#主變、4# 主變和5#主變運行，1#主變和3#主變停運。主變負荷如下：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)均配置有無功補償裝置，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)電到滿發(fā)，然后再到不發(fā)電，是一個動態(tài)變化的過程。按照逆變器功率因數(shù)設(shè)定為0.90（滯后），經(jīng)潮流計算得不同的5 500kWp光伏的發(fā)電率（%）下的總進線處功率（kVA）和功率因數(shù)為：0%時，為1 653.4＋j757，0.91；5%時，為1 378.8＋j625.7，0.91；10%時，為1 105＋j495.7，0.91；15%時，為831.9＋j363.6，0.92；20%時，為559.6＋j235，0.92；25%時，為287.9＋j107.6，0.94；30%時，為16.9－j18.5，0.67；35%時，為－253.4－j144.5，0.87；40%時，為－523－j268.3，0.89；45%時，為－791.9－j389.8，0.90；50%時，為－1 060.2－j512.3，0.90；60%時，為－1 594.7－j751.6，0.90；70%時，為－2 126.7－j986.5，0.91；80%時，為－2 656.2－j1 216.9，0.91；90%時，為－3 183.2－j1 443.1，0.91；100%時，為－3 707.7－j1 666，0.91。（注：總進線處功率為正值，說明為系統(tǒng)向用戶輸送；為負值，說明為用戶向系統(tǒng)輸送。）

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

綜上所述，因為光伏發(fā)電是動態(tài)變化的，故會造成總進線處（產(chǎn)權(quán)分界點）的功率因數(shù)變化，出現(xiàn)不滿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。加上用戶的負荷也可能變化，所以僅通過運行人員根據(jù)運行數(shù)據(jù)來手動調(diào)節(jié)逆變器的功率因數(shù)，無法很好地保證總進線處的功率因數(shù)大于等于0.9。

2 采用的解決辦法

為了解決此問題，光伏監(jiān)控系統(tǒng)廠家通過采集總進線處的功率因數(shù)，跟設(shè)定的總進線處功率因數(shù)進行比較，然后根據(jù)接線、負荷和光伏發(fā)電情況，計算得出逆變器需提供的無功功率、需設(shè)定的功率因數(shù)，通過監(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，實現(xiàn)了對總進線處功率因數(shù)的控制，如圖2所示。

圖2 總進線處功率因數(shù)的控制方法

3 結(jié)語

分布式光伏發(fā)電站就近接入現(xiàn)有的10kV 用戶變電站時，由于光伏發(fā)電是動態(tài)變化的，加上用戶的負荷也可能變化，光伏監(jiān)控系統(tǒng)中增加相關(guān)的計算分析功能，同時與逆變器進行通信，對逆變器的功率因數(shù)進行實時調(diào)節(jié)，保證了總進線處的功率因數(shù)能夠滿足供電公司的要求。

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

［2］中國電力科學(xué)研究院，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院.GB/T29321—2012 光伏發(fā)電站無功補償技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

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

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