光伏电站动态无功补偿技术的研究与应用 齐菲菲

光伏电站动态无功补偿技术的研究与应用齐菲菲
摘要：光伏电站是目前最清洁的发电设备之一，是一种可持续发展的发电方式，无功补偿是光伏电站中最重要的部分之一。

无功补偿装置可以提高光伏输电能力
和系统的稳定性，对防止电压突降突升有重要作用。

本文深入研究了无功补偿的
工作原理和系统构成，并对光伏电站的无功补偿范围、位置和容量进行了理论分
析和计算。

最后以45MWp大型光伏电站为例进行了具体参数计算与研究，研究
结果对光伏电站的工程设计及无功补偿技术研究具有指导作用。

关键词：光伏发电站；无功补偿；补偿容量
0引言
随着对一次能源的不断开采，导致以此能源的储存量大大降低，为了保证能
源的利用不受限制，世界各国开始寻找能够可持续应用的能源。

目前，风能、太
阳能、潮汐能等可持续利用的清洁能源已经得到了广泛应用。

传统能源日益衰减，太阳能作为可永久使用的清洁能源，在未来将成为世界各国家的能源的主要供给
能源。

截止2010年底，全球广电发热装机总容量已经达到1.27GW。

预计2020年，太阳能发电装机将达到42GW。

光伏电站是将太阳能庄花城电能的一种新型
发电装置，是目前我国大力支持的项目。

动态补偿装置是保证光伏电站持续张婵
运行的可靠保证，本文对光伏电站动态补偿技术的应进行了研究分析。

1光伏电站概况
21世纪是世界光伏产业的发展高峰。

从2013年至2016年中国连续四年光伏
装机规模排名全球第一，累计排名也实现了第一。

随着国家鼓励创新光伏电站建
设和应用形式，多样化的光伏电站蓬勃发展。

BIPV、工商业电站、个人电站，渔
光互补，农光互补等已是我们耳熟能详的光伏电站形式。

在应用形式上，光伏发
电项目主要有集中式光伏电站和分布式光伏电站两大类，集中式光伏电站以地面
光伏电站为主，其主要应用形式有常规地面电站(平地)等。

分布式光伏电站按与
建筑结合、应用场合等不同的分类标准可划分多种类型。

光伏发电站是由多个部分组成的一个系统发电装置，主要组成部分有将太阳
能转化为光能的太阳能电池、将光能转化为化学能的蓄电池组、防止蓄电池过充
电和过放电充放电控制器、将直流电转换成交流电的逆变器和其他太阳能跟踪系
统等。

光伏发电站的发电原理是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变
为电能的一种技术。

这种技术的关键元件是太阳能电池。

太阳能电池经过串联后
进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成
了光伏发电装置。

2光伏电站动态补偿的要求
光伏发电站在接入电网系统时会发生电流重新分布配置，当电流接入容量过
大时会使并入的电网的电压强度超过最高限额。

同时，当外界光线、温度发生变
化时，也会对有功功率产生影响。

调节系统的无功功率可以稳定的并入电网。

初
次之外，当电网出现故障时，稳定可靠的无功输出可以暂时保障光伏电站的正常
运行，给并入的电网系统提供短时电压支持。

动态补偿动态（以下简称动态补偿）需要利用电源支持，动态补偿电源与由
有功电源一样是维持电力系统电能、电压、电损耗，保证电力安全可靠的重要部分。

动态补偿既不会产生能量也不会消耗能量，只是在电网中负责电磁转换。

由
于电网中电功率和电压会随着设备运行数量降低，当电压降低时，正在使用的设
备得不到额定电压就会导致运行故障，因此动态补偿这时就会对电压有所补偿，保证电气设备的正常运行。

2.1光伏电站动态补偿设计
光伏电站的动态补偿装置通常设置在光伏电站系统低压部分，但是如果整个系统不出现压降，则在汇聚点安装补偿装置。

光伏电站除了做功消耗的部分，还存在无功消耗，主要存在于低压电缆、升压装置、电缆和电线中的损耗。

由于光伏电站通常建设在人烟稀少的地区，距离实际用电的区域比较远，因此，光伏电站内的无功消耗必须引起重视。

电站的无功消耗可以通过计算得出，对于能够专门接入电网的大型光伏电站，其无功消耗能量为变压器、线路和线路转换产生的损耗。

在设计光伏电站动态补偿系统时，需要对其损耗进行计算，主要为计算光伏电站内升压变压器和光伏电站中输电线路的损耗。

变压器的损耗主要有两部分空载时的损耗和短路时的损耗，空载损耗是一个固定的数值，这个数值与变压器内短路时的电流强度相关。

短路损耗于变压器短路时的电压强度有关，随着发电量的不同，电压强度有所变化，短路损耗也发生变化。

由于光伏电站的建立位置比较偏远，输送电量的电流通常为高架线，这是会产生感性无功功率和容性充电功率两部分，需要分别对其进行计算，从而求出电路损耗。

3光伏电站动态补偿的应用
3.1实例分析
本文以45MWp地面光伏电站为例对光伏电站的补偿系统进行分析。

该光伏电站由45个1 MPw的发电单元组成。

每一个单元的发电方式为就地逆变。

具体过程是经过1台1000KVA的双分裂绕组箱式变压器升压至55KV。

一条联合进线由5个箱变的高压并联而成，一共有9个联合进线，联合进线接入45kV开关站的母线，通过5.76 km的架空线专线JL/G1A-185/30-24/7接入上级变电站。

45kV 汇聚线ZR-YJV22-26/35-3*70电缆长度5.53km，ZR-YJV22-26/35-3*95电缆长度为5.62km，ZR-YJV22-26/35-3*185电缆长度1.35km，ZR-YJV22-62/35-1*300 电缆长度1.65km。

变压器空载电流百分数I0%=0.4，短路电压百分数US%=6.0。

3.2感性无功功率
45台升压变产生的感性无功功率QT、电缆线路产生的感性无功功率QL、电站满功率发电情况下一半送出线路产生的感性无功功率0.5QL′之和。

应配置的容性无功补偿容量即光伏电站产生的感性无功总功率：
3.3容性无功功率
电缆线路产生的容性充电功率QC1、电站满功率发电情况下一半送出线路产生的容性充电功率0.5QC2之和。

应配置的感性无功补偿即光伏电站产生的容性充电总功率：
光伏电站的无功补偿装置为必需装置，无功补偿装置不仅需要考虑光伏电站的无功消耗，还需要考虑电网电压调节是产生的系统消耗。

因此，在计算无功补偿容量时必需留存出一定的可支配范围。

本文中涉及的光伏发电站为专线接入、无集中升压变的发电站，在在开关站35 k V母线侧配置1组SVG，SVG装置能分别能以35 k V母线无功功率、母线电压、功率因数及无功功率作为控制目标，实现SVG装置额定补偿容量为-5（感性）～+5Mvar（容性）无功连续可调。

SVG装置可动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，动态响应时间不大于30ms。

4总结
本文对光伏电站的无功补偿方式进行了分析和设计，首先对目前国内所存在
的可持续发展的能源方式进行了阐述，然后对光伏发电的基本概况进行了描述，
最后对光伏电站中的无功补偿方式进行了设计分析。

对光伏电站的补偿安装位置、补偿范围及无功消耗容量进行了计算，并且以45MWp的大型光伏发电站为实例
进行研究分析。

对光伏电站的工程设计具有一定的参考价值。

参考文献
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