光伏电站动态无功补偿技术的研究与应用

光伏电站动态无功补偿技术的研究与应用

发表时间：2017-11-20T16:34:55.680Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第17期作者：张冶[导读] 该计算方法和组态原理适用于不同容量和等级的光伏电站系统，对光伏电站的设计具有一定的参考价值。

天津 300222

摘要：光伏电站与普通的发电厂不同，有自己独特的特点，即只有在气候条件下，只有在国家电网，并随着时间的变化，中午高峰有功功率。由于夜间电池不能工作时，变频器自动删除，由于开关断路器开关频率极限升压变压器、接电网，基本处于闲置状态，只有在车站充电功耗，和相当于平均负载。从这个角度来看，对于电网来说，光伏电站所提供的有功功率和无功功率都是可变的，且变化范围较大。无功功率消耗和运行控制方式对光伏发电有很大的关系，无功功率和电压控制的光伏电站，光伏电站应该是大中型无功补偿系统的总体结构、调节无功功率和电压控制网络。关键词：光伏电站；动态无功补偿技术；应用

1光伏电站概况

临挑25MW光伏电站，接入系统电压等级35kV，共安装260W多晶硅电池板96154块，分为25个发电单元，安装500kW逆变器50台、1000kVA升压变压器25台、35kV高压开关柜6面、-5-+5MvarSVG1套、35kV送出线路5.76km，还有配套的继电保护、自动装置、光功率预测、通信、计量、计算机监控等设备。本电站是采用一级升压的光伏电站，光伏阵列在受到阳光照射时，把太阳能转化为直流电，发出的直流电经汇流箱汇集送入逆变器转换为315V交流电，由升压箱变升压至35kV，再经35kV高压电缆汇集至开关站，最后经35kV架空线路并网。光伏电站一次接线原理图如图1所示。

图1 光伏电站一次接线原理图2光伏逆变器运行方式光伏电站运行过程中，实际的有功出力随光照、温度而变化。光伏电站无功消耗随有功出力呈大范围变化趋势，同时无功消耗与逆变器的控制方式密切相关。逆变器的运行方式与其生产厂家及设备型号直接相关，主要来说有以下4种：定电流控制方式、定功率控制方式、定功率因数控制方式、最大功率点跟踪（MPPT）控制方式。以上几种运行方式，除MPPT方式外，逆变器可以发送或吸收感应无功功率，无功功率直接关系到其运行方式。实际光伏电站通常采用MPPT模式，单位功率因数并网。这种无功损耗代表了光伏电站无功功率的实际情况。以下分析光伏电站的无功功率消耗是基于MPPT的运行。3光伏电站无功补偿设计3.1光伏电站无功补偿位置选择根据GB/T29321-2012《光伏发电站无功补偿技术规范》中7.1.1条：光伏电站可在集中升压变压器的低压侧安装集中无功补偿装置；若无集中升压变压器的光伏电站，可在汇集点安装SVG动态无功补偿装置。本电站在汇集点安装SVG动态无功补偿装置。

3.2光伏电站无功补偿容量计算光伏电站的无功损耗主要包括低压电缆、升压变压器、高压电缆和架空线路。由于光伏电站占地面积大，各发电区距离较远，因此低压站集电电缆的无功损耗不容忽视。根据Q/GDW617-2011K光伏电站接入电网技术规定》：大型光伏电站接入公共电网，半功率感知能力配置光伏电站变压器可以弥补头发收集系统，所有的感性无功功率和无功功率的配置和光伏电力线路补偿无功功率的光伏电力传输线路的感性无功容量充电。总之，光伏电站无功补偿容量由3部分组成：变压器无功损耗、线路无功损耗和线路电容充电功率。

3.2.1变压器的无功损耗光伏电站升压变压器无功损耗由空载无功损耗和短路无功损耗两部分组成。空载无功损耗与变压器的短路电流有关。它是一个确定值；短路无功损耗与变压器的短路电压有关，随实际发电量的变化而变化。。变压器无功损耗：

式中，QO为变压器空载无功损耗；QV为变压器短路无功损耗；Io%为空载电流百分数；SN为变压器额定容量Us%为电压器短路电压百分数；S为变压器视在功率。

3.2.2线路的无功损耗

光伏发电线路的电抗产生感应无功功率，线路对地电容也会产生电容充电功率。光伏电站站线通常是电缆线路，如果光伏电站建在偏远山区，离变电站越远，其送电线路一般是架空线路。

线路产生的感性无功功率。设S为通过线路的实际容量（MVA）；UN为线路的额定线电压（kV）；x，x’分别为电缆、架空线单位长度的感抗（Ω/km）；l，l’分别为电缆、架空线路的长度（km）。

电缆线路产生的感性无功功率：

架空线路产生的容性充电功率：

4光伏电站无功补偿实例分析与计算

以25MWp地面光伏电站为例进行分析，该光伏电站由25个1MWp的发电单元组成，各发电单元采用就地逆变的方式，经1台1000kVA 的双分裂绕组箱式变压器升压至35kV。其中1#集电线路由11台箱变的高压侧并联为1个联合进线，2#集电线路由14台箱变的高压侧并联为

1个联合进线，共2个联合进线，联合进线单元分别接入35kV开关站的母线，通过5.76km的架空线专线JL/G1A-185/30-24/7接入上级变电站。35kV汇集线ZR-YJV22-26/35-3*70电缆长度4.53km，ZR-YJV22-26/35-3*95电缆长度4.46km，ZR-YJV22-26/35-3*185电缆长度

0.35km，ZR-YJV22-62/35-1*300电缆长度0.65km；变压器空载电流百分数I %=0.4，短路电压百分数US%=6.0。

4.1光伏电站产生的感性无功功率

25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：

无功补偿装置不仅要考虑电厂本身的无功功率消耗，而且要在必要时参与电网电压调节，为系统提供无功功率支持。因此，在配置无功补偿容量时必须考虑一定的裕量。该项目是一个大规模的光伏电站，特殊的线路接入，没有集中升压，在开关站35kV母线侧配置1组

SVG，SVG装置能分别能以35kV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一5（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，动态响应时问不大于

30ms。

5结论

基于的基本结构与光伏电站运行方式的分析，随着光伏电站的连接，与无功补偿技术为研究对象的光伏电站的无功补偿安装位置、补偿范围和无功功率消耗量分析与计算光伏电站。以大型光伏电站25MWp生产线为例，无功补偿技术方案。该计算方法和组态原理适用于不同容量和等级的光伏电站系统，对光伏电站的设计具有一定的参考价值。

参考文献

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