分布式光伏發電站并入10kV 變電站后功率因數的控制

王 勇

（蘇州智方電力設計有限公司，江蘇 蘇州215200）

0 引言

根據國家能源發展規劃，“十二五”期間以加快轉變能源發展方式為主線，規劃能源新技術的研發和應用，解決有限能源和資源的約束，充分利用可再生能源，推動能源生產和利用方式的變革。分布式電源對優化能源結構、推動節能減排、實現經濟可持續發展具有重要意義，將成為未來發展的重點。

越來越多的企業通過有效利用廠房、辦公樓屋頂和幕墻，建設分布式光伏發電站，就近接入現有的10 kV 用戶變電站，然后通過10kV電壓等級實現并網。為實現能源的有效利用，分布式光伏發電站所發電量實行“自發自用余電上網”。

分布式光伏發電站并入10kV 用戶變電站后，因光伏發電量的動態變化，將對10kV用戶變電站總進線處的功率因數造成影響，出現總進線處的功率因數不能滿足供電公司規定的情況。本文將根據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

依據國家電網公司《電力系統電壓質量和無功電力管理規定》中對電力用戶功率因數的規定，宜達到0.90 以上。10kV用戶變電站一般均在每臺主變380V 側配置相應容量的電容器作為無功補償設備，通過監測主變380V 側功率因數情況進行自動補償，以保證10kV 變電站總進線處的功率因數滿足供電公司規定。

分布式光伏發電站應充分利用逆變器的無功容量及其調節能力，一般逆變器的功率因數應能在0.90（超前）～0.90（滯后）范圍內連續可調。

下面以敏華實業（吳江）有限公司6 MW 分布式光伏發電項目為例進行分析。原有10kV 用戶變電站一座，規模為3×800kVA＋2×2 000kVA，380V 側配置電容器總容量為3×400kvar＋2×800kvar。現在廠房屋頂建設太陽能光伏發電系統，容量為6MWp（由24 000塊250Wp多晶硅光伏組件組成，配套11臺500kW 三相并網逆變器），系統接線如圖1所示。

本期光伏發電站的逆變器功率因數可在0.9（超前）～0.9（滯后）范圍內連續調節，調節方式為手動調節或通過通訊接口進行調節。

光伏發電站并網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 側共配無功補償容量為2 800kvar。（4）本期光伏發電站的逆變器無功功率可調，功率因數范圍為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《光伏發電站無功補償技術規范》中“5.1.2光伏發電站應充分利用并網逆變器的無功容量及其調節能力”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#主變為851.37kW，4#主變為449.97kW，5#主變為346.05kW，功率因數均為0.92（因主變400V 側均配置有無功補償裝置，且功率因數控制器整定為0.92）。

光伏電站一天中可能從不發電到滿發，然后再到不發電，是一個動態變化的過程。按照逆變器功率因數設定為0.90（滯后），經潮流計算得不同的5 500kWp光伏的發電率（%）下的總進線處功率（kVA）和功率因數為：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，說明為系統向用戶輸送；為負值，說明為用戶向系統輸送。）

上述數據基本與現場監控系統上觀測到的數據一致。可見，當光伏發電率為30%、35%和40%時，總進線處的功率因數都小于0.90，不滿足供電公司規定，需采取增大逆變器的功率因數的措施。

綜上所述，因為光伏發電是動態變化的，故會造成總進線處（產權分界點）的功率因數變化，出現不滿足供電公司要求功率因數大于等于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運行數據來手動調節逆變器的功率因數，無法很好地保證總進線處的功率因數大于等于0.9。

2 采用的解決辦法

為了解決此問題，光伏監控系統廠家通過采集總進線處的功率因數，跟設定的總進線處功率因數進行比較，然后根據接線、負荷和光伏發電情況，計算得出逆變器需提供的無功功率、需設定的功率因數，通過監控系統與逆變器通信，發出功率因數的調節命令，實現了對總進線處功率因數的控制，如圖2所示。

圖2 總進線處功率因數的控制方法

3 結語

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

［1］國家電網公司.分布式電源接入系統典型設計：接入系統分冊［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［2］中國電力科學研究院，國網電力科學研究院.GB/T29321—2012 光伏發電站無功補償技術規范［S］.北京：中國標準出版社，2013.

［3］中國電力企業聯合會，國家電網公司.GB/T50866—2013 光伏發電站接入電力系統設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2013.

［4］國家電網生〔2009〕133號 電力系統電壓質量和無功電力管理規定［S］.