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分布式光伏無功補(bǔ)償問題探討

2016-03-03 15:09張銘輝施飛陳東楚
中國高新技術(shù)企業(yè) 2016年6期
關(guān)鍵詞:接入點(diǎn)功率因數(shù)諧波

張銘輝 施飛 陳東楚

摘要:文章從某分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目發(fā)生的功率因數(shù)異常出發(fā),介紹了目前分布式光伏發(fā)電幾種不同并網(wǎng)接入形式可能存在的無功補(bǔ)償問題,分析了功率因數(shù)失調(diào)的原因,旨在總結(jié)經(jīng)驗(yàn),探討分布式光伏無功補(bǔ)償?shù)暮侠砟J?,為電站設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞:分布式光伏;并網(wǎng)點(diǎn);無功補(bǔ)償;功率因數(shù);控制器;電站設(shè)計 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

中圖分類號:TM615 文章編號:1009-2374(2016)06-0141-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.070

分布式光伏發(fā)電具有因地制宜、分散布局、就地消納的特點(diǎn),是未來光伏發(fā)電發(fā)展的重要方向,市場潛力巨大。近年來鼓勵發(fā)展清潔能源,分布式光伏的裝機(jī)容量逐年提高,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,但是分布式光伏接入電網(wǎng)以后出現(xiàn)的各種問題也日益顯現(xiàn),其中就包括無功補(bǔ)償問題。

1 功率因數(shù)失調(diào)分析

1.1 無功補(bǔ)償退出的問題

某齒輪廠屋頂光伏發(fā)電總裝機(jī)容量為600kWp,分兩個逆變器就近并入380V配電母線,再通過工廠內(nèi)部設(shè)備與公用電網(wǎng)連接,10kV變壓器容量為1250kVA,如圖1。由于光伏裝機(jī)容量較小,考慮配電側(cè)原有的無功補(bǔ)償裝置能提供足夠的無功,故沒有另外再加裝無功補(bǔ)償。在接入光伏發(fā)電系統(tǒng)以后,其中一個廠房(接入點(diǎn)1)的電氣系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)功率因數(shù)下降的情況,功率因數(shù)在0.3~0.7之間,而另一個廠房卻運(yùn)行正常。

檢查功率因數(shù)異常期間,無功補(bǔ)償控制器出現(xiàn)報警(諧波),電容器1不能投入,即無功補(bǔ)償退出。而且根據(jù)現(xiàn)場人員反映,功率因數(shù)低都是在光照條件好、逆變器輸出最大的時刻。在后來的排查中試著拉開光伏接入1的開關(guān),無功補(bǔ)償恢復(fù)投入,測量此時電網(wǎng)獨(dú)立供電的下行功率為249.4kW(即廠房1負(fù)載功率)。重新合上光伏開關(guān),由逆變器輸出的功率為150.7kW。對比接入點(diǎn)2的光伏輸出功率相當(dāng),但廠房2的穩(wěn)定負(fù)載功率超過了800kW。

分析:該低壓配電區(qū)無功補(bǔ)償采樣點(diǎn)取自10kV變壓器低壓側(cè)電流,光伏接入點(diǎn)在取樣CT以下,如圖1。根據(jù)測得的負(fù)載大小和光伏輸出功率推斷,接入點(diǎn)1由于光伏提供了負(fù)載需要的大部分功率,導(dǎo)致無功補(bǔ)償采樣點(diǎn)的電流大幅下降(基波電流),諧波電流比例上升,超過了設(shè)定限值時無功補(bǔ)償退出。

現(xiàn)場將無功補(bǔ)償控制器1的諧波保護(hù)定值調(diào)高,諧波報警消失,電容器1又能投入補(bǔ)償。至此,諧波超值問題似乎得到印證,但是該方法同時削弱了諧波保護(hù)功能,不利于電容器長期運(yùn)行。要解決本例中的功率因數(shù)下降問題,宜改用有源電力濾波器APF,通過動態(tài)跟蹤補(bǔ)償來補(bǔ)償無功、抑制諧波。

根據(jù)筆者經(jīng)歷,對于同樣的光伏并網(wǎng)點(diǎn)在補(bǔ)償控制采樣CT以下的接入方式,還可能出現(xiàn)另一種因補(bǔ)償控制器故障引起的功率因數(shù)失調(diào)。通常工廠的生產(chǎn)活動不是固定的,由于負(fù)荷發(fā)生變化,當(dāng)光伏系統(tǒng)輸出功率P2大于接入?yún)^(qū)域的負(fù)載P3時,就出現(xiàn)功率往變壓器高壓側(cè)倒送的情況(P1'),如圖1。此時,下行的無功功率Q不變,而P1變成P1',工作點(diǎn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn),如圖2。

對于很多非四象限的補(bǔ)償控制器,一旦出現(xiàn)功率倒送的情況就無法測量功率因數(shù),在報故障的同時將電容器切出,導(dǎo)致無功補(bǔ)償退出。因此針對工廠負(fù)載變化較大可能出現(xiàn)功率倒送的補(bǔ)償監(jiān)測點(diǎn),必須更換為四象限無功功率型的控制器。

1.2 無功補(bǔ)償不足的問題

由于逆變器輸出的無功分量較小,分布式光伏系統(tǒng)接入工廠以后,如果原有的無功余量足夠,一般不需要額外再增加電容器組。實(shí)際應(yīng)用中,有工廠反映,接入光伏系統(tǒng)以后無功補(bǔ)償正常投入,但一段時間內(nèi)有電費(fèi)增加的情況。經(jīng)過調(diào)查,這種現(xiàn)象發(fā)生在光伏接入點(diǎn)在無功補(bǔ)償采樣點(diǎn)上方的接線方式,而且光伏安裝容量相對較大。特別是工廠某月度穩(wěn)定負(fù)荷比平時下降時,由光伏提供的功率比例大幅上升,可能超過設(shè)計時負(fù)荷的25%。此時,即使無功補(bǔ)償控制器按設(shè)定的功率因數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償,但仍有一部分無功功率取自電網(wǎng),對于電網(wǎng)考核點(diǎn)來說功率因數(shù)必然降低,如圖3。A點(diǎn)為光伏接入前,電網(wǎng)下行功率P和Q。接入光伏以后,由于光伏提供功率△P,使得電網(wǎng)下行有功減少為P',功率因數(shù)降低。要使考核點(diǎn)回到原先的功率因數(shù)水平,則至少還需要增加無功△Q。

因此經(jīng)常出現(xiàn)無功補(bǔ)償不足時,該無功補(bǔ)償控制器應(yīng)該調(diào)整為按無功功率補(bǔ)償?shù)姆桨浮?/p>

2 無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計因素

分布式光伏接入電網(wǎng)以后出現(xiàn)的無功補(bǔ)償問題,大多與安裝容量、接入點(diǎn)位置等因素有關(guān),而這些要素在設(shè)計階段就要加以考察分析,盡可能規(guī)避補(bǔ)償失配。

根據(jù)《國家電網(wǎng)分布式能源接入系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》的要求:“分布式電源總?cè)萘吭瓌t上不宜超過上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%。”但是由于光伏隨天氣變化輸出功率不穩(wěn)定,負(fù)載本身也會變化,很多在設(shè)計光伏安裝容量時,往往只是按變壓器容量而不是最大負(fù)荷考慮,實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)逆流的情況很常見。因此當(dāng)設(shè)計容量可能超過最大負(fù)荷的25%時,必須按規(guī)范要求進(jìn)行無功補(bǔ)償和電能質(zhì)量的專題分析。

在選擇并網(wǎng)點(diǎn)時,還要考慮接入點(diǎn)與采樣點(diǎn)CT的位置關(guān)系,是否適應(yīng)原有補(bǔ)償控制器的功能。例如,當(dāng)光伏接入點(diǎn)在采樣CT以上,則本文提到無功補(bǔ)償退出的兩個案例都不會出現(xiàn)。對于光伏系統(tǒng)有多個接入點(diǎn)的,建議分散在負(fù)荷波動較小的不同支路并網(wǎng),有利于功率的平衡穩(wěn)定,減少對單個支路的影響。

由于接入光伏系統(tǒng)以后補(bǔ)償采樣點(diǎn)可能出現(xiàn)逆流,采樣點(diǎn)和電網(wǎng)考核點(diǎn)的功率因數(shù)有差異等問題,根據(jù)實(shí)際情況要求使用適應(yīng)性強(qiáng)的無功補(bǔ)償,有條件的宜選擇無功功率型的補(bǔ)償方式。

3 結(jié)語

分布式光伏一般通過用戶原有的電力設(shè)施并入中、低壓配電網(wǎng),適用于建筑屋頂、工業(yè)廠房等,外部情況復(fù)雜。由于接線方式、負(fù)荷波動等原因,容易出現(xiàn)無功補(bǔ)償失配問題。筆者通過總結(jié)電站運(yùn)營經(jīng)驗(yàn),提出了規(guī)避一些常見補(bǔ)償問題的建議,供大家參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家電網(wǎng)分布式能源接入系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定(Q/GDW480-2010)[S].北京:中國電力出版社,2010.

[2] 李宏仲.地區(qū)電網(wǎng)無功補(bǔ)償與電壓無功控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

作者簡介:張銘輝(1982-),男,浙江杭州人,浙江正泰新能源開發(fā)有限公司繼電保護(hù)技師,工程師,研究方向:電力管理。

(責(zé)任編輯:蔣建華)

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