功率因數(shù)是電網(wǎng)公司考核電力用戶(hù)用電質(zhì)量的重要指標(biāo)，一般要求達(dá)到0.85 以上，未達(dá)到該要求的電力用戶(hù)將受到電價(jià)考核。因此，用電企業(yè)一般會(huì)在配電裝置上安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置。分布式光伏電站憑借充分利用建筑物屋頂、不占建設(shè)用地、電能就地消納等優(yōu)勢(shì)，得到了迅速發(fā)展。在接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，光伏電站所發(fā)電往往直接接入用電企業(yè)配電裝置，能首先供企業(yè)使用，多余電能饋入電網(wǎng)，不足部分由電網(wǎng)補(bǔ)充。
小型分布式光伏電站因設(shè)備少、線路短，利用逆變器發(fā)出的無(wú)功功率和企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的調(diào)節(jié)能力，一般能滿(mǎn)足功率因數(shù)的要求。但筆者在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，分布式光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行后會(huì)干擾用電企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，而且光伏電站發(fā)電功率越接近企業(yè)用電負(fù)荷，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償精度的影響越大，甚至?xí)馃o(wú)功補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行，造成功率因數(shù)不合格，本文通過(guò)對(duì)造成該現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，提供了一種有效的解決方案。
案例介紹
某分布式光伏電站的設(shè)計(jì)容量為400 kWp（ 峰值），光伏組件安裝于企業(yè)廠房屋頂，組件發(fā)出的直流電就地經(jīng)組串式逆變器逆變，通過(guò)交流匯流箱匯流后接入企業(yè)380 V 配電裝置。企業(yè)配電變壓器容量為400 kVA，電壓為380 V 的配電裝置已配置了無(wú)功補(bǔ)償裝置，光伏電站未另行設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償。接入光伏電站后企業(yè)配電裝置的主接線的接線方式如圖1 所示。
光伏電站投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)，隨著光伏電站發(fā)電功率的提高，企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償電容器組逐步退出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)K1 的功率因數(shù)下降。經(jīng)檢查，此時(shí)配電裝置母線電壓為408 V，企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)、補(bǔ)償電容器均正常。光伏電站切除后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)K1 的功率因數(shù)恢復(fù)正常。
原因分析
光伏電站投運(yùn)前，企業(yè)用電負(fù)荷均由電網(wǎng)供電，無(wú)功補(bǔ)償裝置通過(guò)監(jiān)測(cè)配電裝置母線電壓和通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)K1 的電網(wǎng)的無(wú)功功率Q1、有功功率P1，經(jīng)控制器綜合判斷后投入適量的電容器組數(shù)量（ 如圖2 所示），以保證通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)K1 的P1、Q1的比例關(guān)系能保證功率因數(shù)cosφ =P1（P12+Q12） 滿(mǎn)足電網(wǎng)公司要求。
出于項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性考慮，光伏電站規(guī)模一般按接近企業(yè)用電變壓器容量設(shè)計(jì)，逆變器功率因數(shù)設(shè)置在0.85 以上。光伏電站投運(yùn)后，當(dāng)光伏電站發(fā)電功率小于企業(yè)用電負(fù)荷時(shí)，企業(yè)用電負(fù)荷所需電力將由電網(wǎng)和光伏電站同時(shí)提供，即Qf= Q1+Q2、Pf=P1+P2， 其中，Qf、Pf 分別為用電負(fù)荷對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率和有功功率，Q2、P2 分別為光伏電站所發(fā)電的無(wú)功功率和有功功率。此時(shí)無(wú)功補(bǔ)償裝置動(dòng)作的判斷依據(jù)仍為功率因數(shù)cosφ=P1（P12+Q12） 是否滿(mǎn)足電網(wǎng)公司要求。當(dāng)光伏電站發(fā)電功率P2 接近用電負(fù)荷Pf 時(shí)，電網(wǎng)提供的有功功率P1 急劇下降，甚至為零，企業(yè)用電負(fù)荷所需要的無(wú)功功率也將部分由光伏電站提供，Q1=Qf-Q2 也將減少[2]。但由于無(wú)功補(bǔ)償裝置控制器動(dòng)作限值根據(jù)企業(yè)總用電負(fù)荷設(shè)定，由于通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)K1 的無(wú)功功率較小，未達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償裝置控制器的調(diào)節(jié)限值，因此，在配電裝置母線電壓達(dá)到合格范圍后，無(wú)功補(bǔ)償裝置不會(huì)增加補(bǔ)償電容器組的數(shù)量，導(dǎo)致電網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)K1 的功率因數(shù)急劇下降。
解決方案
在無(wú)功補(bǔ)償監(jiān)測(cè)信息中加入光伏電站發(fā)電量信息進(jìn)行修正，也就是在光伏電站接入配電裝置處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)K2，增設(shè)一套與無(wú)功補(bǔ)償裝置原監(jiān)測(cè)點(diǎn)K1 同型號(hào)、同參數(shù)的電流互感器。兩套電流互感器二次繞組同向并接后接入無(wú)功補(bǔ)償裝置控制器回路，使無(wú)功補(bǔ)償裝置能根據(jù)用電負(fù)荷實(shí)際需要的總無(wú)功功率調(diào)整投入的電容器組數(shù)量，保證K1 點(diǎn)功率因數(shù)滿(mǎn)足電網(wǎng)公司的要求。改造后的無(wú)功補(bǔ)償裝置監(jiān)測(cè)回路示意圖如圖3 所示。經(jīng)解決方案改造后，企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償裝置動(dòng)作正常，未再出現(xiàn)K1 點(diǎn)功率因數(shù)低于電網(wǎng)公司要求的現(xiàn)象。
小結(jié)
本文針對(duì)分布式光伏電站接入配電網(wǎng)后功率因數(shù)降低的情況提出了一種解決方案，并驗(yàn)證了方案的有效性。該解決方案同樣適用于10 kV 電壓等級(jí)接入用電企業(yè)配電裝置、光伏電站規(guī)模接近企業(yè)用電最大負(fù)荷的系統(tǒng)。
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