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光伏發電補償電容不好用
發布者: 發布時間:2021-11-13 閱讀:340

對光伏接入企業內網的無功補償問題探討

近年來,在應對碳達峰的大背景下,大力發展可再生能源以替代化石能源已成為眾多國家能源轉型的大勢所趨,節能環保的發電方式越來越受到各國的青睞。在目前眾多備選的可再生能源類型中,太陽能無疑是最理想的能源之一,且在各國中長期能源戰略中占有重要地位。

分布式光伏具有因地制宜、分散布局、就地消納的特點,是未來光伏發展的重要方向,市場潛力巨大。近年來,由于國家鼓勵發展清潔能源,分布式光伏的裝機容量逐年提高,取得了良好的經濟效益和社會效益,但是分布式光伏接入電網后出現的各種問題也日益顯現,其中就包括無功補償問題。

其中電力系統功率因數降低會引起許多不良情況,不利于電網經濟運行,可通過對屋頂安裝光伏組件的用戶的配電室進行線路改造,提高用戶無功就地補償裝置運行的靈活性,提升用戶功率因數,以避免由于功率因數下降造成力調電費增加。

本文以某企業屋頂分布式光伏電站項目為例,針對企業接入分布式光伏后電力系統功率因數降低的問題,提出種改造方案,并對各方案進行分析優選。

 

1 實際案例

1.1 企業情況

某項目廠址位于某市經濟開發區,利用多家公司廠房屋頂建設分布式光伏電站。該光伏電站每個企業用戶為1個接入點,以10 kV380V電壓等級接入用戶內部電網或公網,采用“自發自用、余電上網”或“全額上網”的模式。該光伏電站設計壽命為25年。

其中,某子站企業為機械廠,廠房屋頂鋪設了容量為302.94 kWp的光伏組件,通過逆變器、交流匯流箱后直接接入廠區低壓配電房380V母線,采用“自發自用,余電上網”的模式。廠區配電房380V低壓母線配置8×15 kVar 的電容器組。                     接線圖如圖1所示。

1.2 存在問題及分析

 

企業在接入光伏發電系統前,功率因數一直在0.95左右,不存在力率罰款的情況,無功補償裝置一直正常使用。在接入光伏發電系統后,電網側計量點測量廠區功率因數較接入前下降明顯,特別是在天氣晴好、光伏發電量較大時,功率因數在0.4~0.5之間,導致企業力調電費增加。

 

經現場檢查發現,在功率因數降低時,存在無功補償裝置無法正常投運的情況,并對這一情況進行分析。無功補償控制器采樣點位于企業變壓器低壓側斷路器下進線側,計量電流互感器(CT) 之前,采樣方式為單相電壓、電流方向采樣,采樣點的采樣數據= 電網側輸入功率S1+ 廠房用電負荷S2– 光伏發電量S3。

控制器以網側輸入功率為正,在接入光伏發電系統前,當廠房用電負荷S2增加時,電網側輸入功率S1也增加,相應控制器投運電容器組,以保證功率因數值。

在接入光伏發電系統后,廠內負荷多數由光伏發電量S3提供;個別時間段還存在倒送電的情況,比如中午日照最好的時間段,卻是企業員工的休息時間。因此,原采樣點采樣到的數據變小,或采樣到的功率數據存在負方向倒送的情況,無功補償裝置無法及時投運。

 

2 解決方案及應用

2.1 解決方案

2.1.1 方案1:一次線路改造

 

對企業配電房的光伏接入柜電纜進行改接,將光伏接入電纜接入點移至企業變壓器低壓側斷路器下進線側,無功補償裝置控制器采樣點位置不變。改造后,采樣點的采樣數據= 電網側輸入功率S1+ 光伏發電量S3– 廠房用電負荷S2,接線圖如圖2所示。

將光伏接入點直接接入企業變壓器低壓側,該方法可以從本質上解決功率因數降低的問題。但是改造需要企業停電,并且需要施工隊伍進行配合,在基建期間可以實行,且成本較低,但若是后期改造施工就比較麻煩,相關費用更多。

 

2.1.2 方案2:更換光伏系統專用無功補償控制器

 

光伏系統專用無功補償控制器根據四象限無功原理( 如圖3所示),通過測量雙向的有功和無功數據,可以計算出四個象限的有功、無功功率,實時得出負載在光伏發電充足時,或光伏發電功率不足負載,需要從電網側吸收功率時的功率因數,準確的投切電容器組。

但是更換光伏專用控制器需要加裝另外兩相CT,且四象限無功補償控制器價格較高,控制器安裝位置的規格可能不配套,需要另行改造,因此成本較高。

 

2.1.3 方案3:在光伏接入側加裝采樣CT

 

本方案與方案1類似,通過改造二次回路,將電網側輸入功率與光伏輸入功率的采樣信號并聯后接入無功補償控制器;改造后,通過二次信號的改造,接入無功補償控制器的信號等同于方案1,光伏發電接入側的功率信號與電網側輸入功率信號同時接入無功補償裝置控制器中,提高無功補償控制器運行的靈活性,如圖4所示。本方案改造不需要停電,較為方便。

 

原無功補償控制器采樣點所采樣的電流數據采自于流經開關本體保護用CT 的電流,由于保護用CT是根據三相短路的最大短路電流計算CT變比的,所以變比較大,該企業所用CT變比為600/5,另一家企業所用CT變比為2000/5。無功補償裝置在安裝時直接采用的是開關保護用CT所采樣的數據,由于該企業正常運行下負荷電流較小,約為100A,所以經過CT測量后,二次電流很小,會影響精度。必要時可加裝合適變比的CT,以最大負荷電流乘以1.2~1.3的可靠系數作為CT一次電流來選擇CT,但是要重新設定無功補償控制器的參數,這樣可提高控制器采樣的精度。

 

2.3 方案優選

 

存在此類問題的分布式光伏系統如何進行改造方案的選擇:若項目在基建時期,或具備進行一次高壓線路改造的條件,可選擇方案1;對于容量大,負載用電情況復雜的分布式光伏系統,可選擇方案2;對于不具備一次高壓線路停電改造條件的項目,可選用方案3。

 

最后該企業采取方案3進行了改造,無功補償裝置正常投運,功率因數穩定在0.7左右,相較之前的0.4~0.5得到了改善。

真正的光伏系統控制器不是一個簡單的四象限控制那么簡單,還要考慮電流采樣的位置來適應不同種情況。

 
 

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