摘要：分布式光伏电站的无功补偿配置是光伏发电接入系统设计中一个重要的内容，本文以一个典型的分布式光伏电站接入系统为例，阐述了无功补偿配置的原则，并对无功补偿容量的计算进行了分析，可作为光伏发电接入系统的参考依据。
关键词：分布式光伏电站；无功补偿装置；配置原则
引言
光伏电站是利用光伏电池的光生伏特效应将太阳能转化成电能的发电系统，一般包括光伏方阵、逆变器、变压器以及其他辅助设备。由于太阳光本身具有间歇性及波动性，光伏电站的出力也具有不确定性，接入电网后对于电网的电能质量带来一定的影响，尤其是对电压的影响较大。光伏电站的无功补偿配置是光伏发电接入系统设计的一个重要的内容，既要保证光伏电源的可靠并网，又要确保电网的安全稳定。
光伏电站中的送出线路、变压器、集电线路都属于高感性设备，光伏电站满发时需要补偿大量的容性无功；光伏电站停发时输电线路充电功率大于系统所需，需要吸收一定数量的感性无功，以确保电压稳定；当电网侧发生瞬时故障时，光伏电站本身不能提供瞬时的电压支撑，容性无功补偿装置的配置可提高光伏电站各母线电压，增强光伏电站低电压穿越能力。所以要求光伏电站无功补偿装置既能提供容性无功又能提供感性无功。
本文以35kV及以下电压等级接入电网、单个项目容量不超过20MW且所发电量主要在并网点供电区域消纳的光伏电站项目为研究对象，具体分析无功补偿配置的原则以及无功补偿容量的计算方法。
1 无功补偿配置的基本原则
光伏发电站的无功电源包括光伏逆变器和光伏发电站的集中无功补偿装置。根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》（GBT 19964-2012）：光伏发电站安装的并网逆变器应满足额定有功出力下功率因数在超前0.95-滞后0.95的范围内动态可调。通过10kV-35kV电压等级并网的光伏发电站功率因数应能在超前0.98-滞后0.98的范围内连续可调，有特殊要求时，可做适当调整以稳定电压水平。当功率因数在0.98 超前～0.98 滞后可调时，对于容量20MW的光伏电站，逆变器可调无功可达3.25MW，可调范围很广，若充分利用，甚至可取消集中无功补偿装置。
目前，光伏电站接入系统中，光伏逆变器的无功输出由于受兼容性、可控性及响应速度等因素的局限影响，尚在试验阶段，未大规模投入实际应用；同时，光伏发电企业基于上网电量的经济效益考虑，希望电站的功率因数越大越好，很难充分利用光伏逆变器的无功输出。故现有的光伏电站无功配置往往侧重考虑集中动态无功补偿装置。
光伏电站的无功容量应满足分（电）区分（电压）层基本平衡的原则，无功补偿容量应在充分考虑优化调压方式及降低线损的原则下进行配置。光伏电站无功补偿装置可采用SVC、SVG 等动态补偿设备，其补偿容量可以按照站内外的无功消耗容量及无功电源计算。
在无功平衡中，对于直接接入公共电网的光伏电站，无功补偿配置容量计算如下：
光伏电站满发：容性无功容量=汇集系统无功损耗+主变无功损耗+送出线路一半的无功损耗－机组可发容性无功容量；
光伏电站停发：感性无功容量=汇集系统充电功率+送出线路一半的充电功率。
2 无功补偿的容量计算
某工程20MW光伏发电项目由20个容量为1.0MWp光伏发电单元组成，每个发电单元通过2台500kW逆变器与1台1000kVA的双分裂绕组升压变压器相连，将电压从315V升至35kV，20个光伏发电单元并联后，经2回35kV集电线路接入站内35kV开关站。
具体电气主接线见下图：
正常运行时，35kV及以上公共连接点电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%，运行中的线路，既是无功负荷，也是无功电源，因为线路的电抗产生无功损耗，线路的电纳产生充电功率。其无功损耗与电压的平方成反比，而线路的充电功率与电压的平方呈正比。线路的充电功率一般只计110kV及以上的架空线路与35kV及以上的电缆线路。故为简化计算过程，本工程只计架空的无功损耗及电缆的充电功率。计算公式如下：
（1）
为线路电抗产生的无功损耗，kvar；
为线路额定功率下电流，A；
为线路额定功率，kW；
为线路额定线电压，kV；
为功率因数。
为线路等值电抗，Ω，计算公式为：
；
为导线单位长度电抗，Ω/km；
为线路长度，km。
（2）
为线路电纳产生的充电功率，kvar；
为线路额定线电压，kV；
为电力系统频率，取值50Hz；
为导线单相对地电容，μF；
为单位长度导线单相对地电容，μF/km。
2.1送出线路
光伏电站满发的条件非常苛刻，一般天气状况下很难达到，此为极限情况。但在考虑无功补偿容量配置时，应考虑满发的这种状况。
本光伏发电项目以1回35kV线路接入110kV电网变电站，新建线路路径长度约4km，其中架空段3.5km、电缆段0.5km。若35kV架空线导线截面采用240mm2，35kV电缆采用YJV22-26/35kV-3×400mm2型三芯交联聚乙烯电缆，考虑光伏电站～电网变35kV线路无功损耗一半在光伏电站侧补偿，当光伏电站满发时，需补偿0.191Mvar的容性无功功率；当光伏电站零出力时，需补偿0.046Mvar的感性无功功率。
2.2集电线路
考虑光伏电站35kV集电线路的无功损耗全部在开关站补偿，35kV汇流线路采用YJV22-26/35，3×50电缆，长度约6km；YJV22-26/35，3×70电缆，长度约2km。
经计算，当光伏电站满发时，光伏发电场内集电线路需补偿0.319Mvar的感性无功功率；当光伏电站0出力时，需补偿0.411Mvar的感性无功功率。
2.3分列绕组变
变压器无功消耗由两部分组成，一部分属于空载无功消耗，与变压器短路电流有关；另一部分与变压器短路电压有关，随实际所发电量变化。若变压器的短路阻抗为6.0%，空载电流百分比为0.4%。
发电单元出口升压变压器的负载损耗为：
20台×6.0％×1.0MVA＝1.2（Mvar）
发电单元出口升压变压器的空载损耗为：
20台×0.4％×1.0MVA＝0.08（Mvar）
升压变压器的无功损耗为1.2+0.08=1.28Mvar
2.4无功计算小结
根据以上规定及计算结果，光伏电站建议配置无功补偿容量如下：
表1 光伏电站无功补偿装置配置表 单位：Mvar
2.5考虑逆变器无功调节能力的无功补偿估算
如果考虑逆变器的无功调节能力，且其调节速度和控制精度能满足电力系统电压调节要求，其功率因数在0.98（超前）～0.98（滞后）之间时，本工程满发逆变器提供的无功出力为3.25Mvar。
综合以上计算结果，光伏电站推荐方案考虑逆变器补偿能力后的无功补偿装置见下表。
表2 光伏电站无功补偿装置配置表 单位：Mvar
光伏发电项目汇集站宜配置的动态无功补偿装置容量如下：
推荐方案下：不低于±1.152Mvar；综合分析，建议无功补偿装置容量不小于±2Mvar。
在平衡计算结果基础上，最终选定光伏电站无功补偿容量不宜低于升压站主变容量（或装机容量）的5~10%。
3 结束语
分布式光伏电站的无功补偿配置是光伏发电的接入系统设计中一个重要的内容，应统筹兼顾，按照技术先进、近远期适应性强、运行灵活可靠等原则考虑。本文所用的配置原则及计算方法可推广应用于不同容量光伏电站的无功补偿配置上，具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]《光伏发电站接入电力系统技术规定》（GBT 19964-2012）
[2]《光伏发电站接入电力系统设计规范》（GBT 50866-2013）
[3]《光伏电站接入电网技术规定》（Q/GDW617-2011）
[4]《光伏发电站无功补偿技术规范》（GBT 29321-2012）
作者简介：
蒋从伟（1968-），女，国网蚌埠供电公司，高级工程师，主要从事电力规划设计和研究工作。
论文作者:蒋从伟1,冯飞波1,闫兴德1,李奇1,杨澍1,周梦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：光伏论文; 电站论文; 线路论文; 容量论文; 电压论文; 逆变器论文; 功率论文; 《基层建设》2019年第26期论文;