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如何解决工商业光伏电站功率因数和无功补偿问题
2022-06-21

  众所周知,光伏发电发出的是直流电,本身不存在无功或功率因数的问题,但是光伏发电经逆变器转换成交流电网后会与电网在匹配上产生一系列的问题,无功功率的问题就是其中一个主要的问题。


  实际上光伏电站的接入方式不同,体现出来的无功的问题也是有很大的不同。目前光伏发电系统可分为高压电网侧接入的大型光伏电站和用户侧接入的分布式光伏电站。由于接入方式和电网内负荷情况不同,其反映出来的无功功率的问题和无功补偿的要求也是完全不一样的,应该按实际情况采取措施。



  1、高压电网侧接入的大型光伏电站

  此类电站常采用专线设计,将电站电力直接接入到上一级变电站的变压器。因此此类电站的无功问题较小,也比较简单。白天,当光伏电站发电时,光伏电站和变电站之间由于没有其他负载,上一级升压变压器的电感就是网内无功功率的主要因素,但是由于白天发电量较大,变压器处于几乎满负荷运行,因此无功功率比例就比较小,大部分光伏电站都能够达到电网的要求。


  但是在夜间,光伏电站逆变器处于停止运行状态,而站内变压器却始终连接着高压电网,这个时候,站内变压器就变成了一个电感性负荷,不仅会空载消耗一部分有功电力,还会在电站和上级变电站的高压回路里产生无功损耗。大型光伏电站的外送电缆线路、主变压器轻载运行会产生无功。通常可采用在在高压母线增加一组无功补偿器,用于吸收夜间线路产生的无功功率,使光伏电站夜间功率因数满足电网的要求。


大型光伏电站高压母线增加无功补偿示意图


  2、用户侧接入的分布式光伏电站

  无功功率因素问题是近年来分布式光伏电站上网遇到的比较突出的问题,特别是工商业光伏电站。由于此类电站通常都接入到企业内部低压或中压电网,网内所接用电设备繁多,特别是电机等电感性负载较多。在原来没有安装光伏发电系统时,网内的无功补偿系统是根据电网的有功供电功率和网内的无功功率来自动调节补偿的,因此网内的无功问题可通过该网内设置的无功补偿设备达到自动补偿的目的,使得网内无功功率满足电网的要求。


  当网内接入了光伏发电系统后,就意味着网内有了第二个甚至多个电源,光照强烈时,光伏发电系统将会发出强大的电力,大大降低电网的电力供应负荷,用电电表显示的有功功率会随着光伏系统功率增大而减小,甚至会产生光伏发电余电外送的情况。而这个时候如果网内的负载不变,特别是感性负载比较大时,网内原配的无功补偿系统就会根据大电网的供电负荷与用电负荷做出错误的指令和动作,导致网内无功功率的比例上升,从而导致功率因数减小。


  近年来,很多安装光伏的企业因为用户侧电网的功率因数达不到电网公司的要求而被电网公司收取高额的力调电费。


工商业用户电费结构


  为了解决这个问题,除了确保电网原配无功补偿装置配置无误,安装正确,运行良好外。对于配接容量大于变压器容量50%的光伏发电系统,同时网内有较多电机等电感性负荷的情况,应特别注意光伏并网点的选择,如果条件容许,应将光伏发电的接入点设置在原无功补偿设备的前端A点(如下图所示),这样的连接方式可以充分利用原有无功补偿系统,降低投资。


光伏发电接入点设置在原无功补偿设备的前端示意图


  但是如果因为光伏电站的建设场地距A点较远,或由于某些其他原因,无法在A点接入,而不得不选在B点或其他部位接入时,原有无功补偿设备的采样点虽然能感知到网内无功功率的情况,但是它参考的是电网的供电功率,无法感知到光伏发电的输出功率,可能不能满足正确调节无功功率的功能。


  要解决这个问题,就必须另外为这套光伏发电系统安装专用的无功补偿设备,通常这套无功补偿设备宜安装在在光伏电站的输出侧,以补充光伏发电系统缺乏大容量无功补偿的能力,满足电网的需求。


光伏发电系统输出侧加装无功补偿装置示意图


  大部分工商业光伏逆变器都具备20%左右的功率因数调节能力,对于网内光伏发电的安装容量较小,且网内感性负载较少的系统,可以不用考虑无功补偿设备的问题,可以通过逆变器来提供一部分无功补偿。可是当网内无功功率太大,超过了逆变器的承受和调节能力,配置适量的无功补偿设备就成了提高电网效率和光伏电站的有效发电量的主要手段。


  工商业光伏逆变器的无功补偿能力曲线


  从光伏系统运行稳定性的角度来讲,也是尽量将光伏发电的并网点选择在靠近变压器的地方,离变压器越近的地方电压越稳定,远离变压器的电网末梢,电压波动就越大。频繁的电压、功率波动,都会导致无功补偿装置无法正常运行或产生误动作。


  小结

  功率因数问题是很多光伏电站,特别是工商业光伏电站存在的重要问题之一,要在设计环节就充分考虑原有变压器、无功补偿装置、传输线缆、负载类型和功率等问题。对于用户侧并网的工商业光伏电站要重视接入点的位置,确保无功补偿装置能正常发挥作用,电能质量达到电网的要求,使光伏电站高效稳定运行,达到最大经济效益。


上一条:逆变器在工商业电站中的选型原则

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