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摘要：随着我国社会经济的不断发展，电力系统也在不断完善，动态无功补偿装置（SVG）是光伏电站的重要电气设备之一，SVG调节无功功率的速度快且平滑，适应动态无功补偿的要求，并且能够消除高次谐波对电网的污染，自身功率损耗较小。现分析光伏电站无功补偿容量的计算方法，介绍25MW光伏电站无功补偿的计算过程，探讨无功补偿优化配置方案。
关键词：光伏电站；动态补偿；技术应用；配置方案
1光伏电站概述
光伏电站与普通的发电厂不同，有其自身独有的特点，即只有在光照等气候条件满足时，才处于并网发电状态，并且所发有功功率随时间变化而变化，午时左右达到峰值。由此看来，对电网来说，光伏电站输送的有功和无功均为时变量，且变化范围较大。在光伏电源中感性负荷居多，不仅造成系统功率因数过低，降低了生产效率，增加企业电能费用支出，还会引起电网电压波动，严重时影响带载设备的安全运行，给企业带来不必要的经济损失。还有就是根据《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》规定，大型和中型光伏电站的功率因数应该能够在0.98（超前）~0.98（滞后）范围内连续可调。本文将对大中型光伏电站无功补偿装置的补偿容量和补偿方式进行探讨。
2动态无功补偿技术的现状
2.1动态无功补偿器（SVG）
动态无功补偿器（SVG）于20上世纪70年代兴起，现在是已经发展的很成熟的FACTS（柔性交流输电系统）装置，其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（无功和电压补偿）。SVG装置的典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）和滤波器组（FC）动态无功补偿技术的应用和发展对电力系统的安全稳定运行及电能质量的提高有十分重要的意义。本文介绍了动态无功补偿技术中最有代表性的动态无功补偿器（SVG）和动态同步补偿器（STATCOM），总结了它们的工程应用现状，分析了动态无功补偿技术的未来发展。
2.2动态同步补偿器（STATCOM）
STATCOM系统基于电压源型变流器，采用目前最为先进的无功补偿技术，将IGBT构成的桥式电路经过变压器或电抗器接到电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态调整控制目标侧电压或者无功的目的。同时如果需要STATCOM在补偿无功的基础上对负载谐波进行抑制，只要令STATCOM输出与谐波电流相反的电流即可。南瑞继保研制的百兆乏直流换流站动STATCOM在南方电网±500kV/3000MW永富直流富宁换流站顺利投运，该项目是大容量STATCOM装置应用于高压直流输电领域中的首个成功案例。此STATCOM系统包含协调控制系统和两套35kV/±100MVArSTATCOM成套设备。
3动态无功补偿技术的发展
当前，除了对SVG、STATCOM等无功补偿技术的进一步研究，统一潮流控制器等新型无功补偿装置也有了新的进展。
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3.1 110kV直挂式SVG阀组
随着大电网大容量输电工程的建设，对无功容量需求不断增加。通过研制110kV直挂式SVG阀组，可以不需要变压器直接将SVG接入高压交流输电系统低压110kV侧，满足大容量无功补偿的需求，同时也减小了设备的占地面积。110kV直挂式SVG阀组中关键技术正逐渐被攻克，这将成为高电压、大容量的SVG装置研究新的里程碑。
3.2统一潮流控制器（UPFC）
统一潮流控制器（UPFC）是当今世界上电力电子技术应用的制高点，作为第三代FACTS设备代表，是迄今为止功能最全面的FACTS装置，包括了电压调节、串联补偿和移相等能力，可以有效解决功率输送不平衡问题、提升电网潮流输送能力，同时对于优化系统的运行、提高系统的暂态稳定、阻尼系统的振荡具有显著的作用，应用前景广阔。
4光伏电站无功补偿设计
4.1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。
4.2光伏电站无功补偿容量计算
光伏电站无功消耗主要有低压电缆、升压变、高压电缆、架空线路。由于光伏电站占地面积较大，各个发电区域的距离较远，所以站内低压汇集电缆的无功消耗不容忽视。根据Q/GDW617—2011《光伏电站接入电网技术规定》：对于专线接入公用电网的大型光伏电站，其配置的容性无功容量能够补偿光伏电站满发时站内汇集系统、变压器的全部感性无功及光伏电站送出线路中的一半感性无功之和，其配置的感性无功容量能够补偿光伏电站送出线路的一半充电无功功率。总之，光伏电站无功补偿容量由3部分构成：变压器无功损耗、线路无功损耗和线路产生的容性充电功率。
5光伏电站无功补偿实例分析与计算
现在以某4兆瓦屋顶分布式电站10KV全额上网举例。光伏电站距离110kV变电站变约1.3kM，所发电力在10kV线路供电区域无法全部消纳的情况下，将上送至变电站10kV母线。若光伏电站无功补偿不足，将消耗系统无功，降低光伏电站的发电效率。因此对本光伏站的无功补偿容量计算如下：
（1）集电线路
光伏电站共有3回集电线路，每回线路平均长度0.1km，考虑光伏电站内集电线路的无功损耗全部在光伏站侧补偿，光伏电站满发时，需补偿0.001Mvar的容性无功功率；当光伏电站0出力时，需补偿0.02Mvar的感性无功功率。可以看出屋顶分布式光伏集电线路短，无功损失可忽略。
（2）升压变无功损耗
升压变压器的负载损耗：2台×8％×1.6MVA+1台× 6％×1.25MVA＝ 0.256
（Mvar）升压变压器的空载损耗：2台×0.8×1.6MVA/100+1台×0.7×1.25MVA/100＝0.0324（Mvar）升压变的无功损耗：0.256+0.0324=0.3624（Mvar）
根据GB19964-2012《光伏电站接入电力系统技术规定》6.2.2 节，“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 范围内连续可调，有特殊要求时，可适当调整以稳定电压水平”以及电力公司《小型电源接入系统设计内容深度规定》6.6.2.4 节“在平衡计算结果基础上，最终选定风电场/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%。”若进一步考虑光伏电站总体功率因数可调的要求和逆变器出口功率因数在超前0.95~滞后0.95 范围内动态可调的能力后，结合上述计算，光伏电站本期需在开关站装设容量为0.42Mvar（容性）的自动调节无功补偿装置。
随着社会经济发展的速度越来越快，用电量也随之在进行增长，电力是人们工作和生活当中不可或缺的能量，因此保证电力能够高质量可持续的供应对我国经济的发展起到的极大的影响，因此动态无功技术的应用，成为了满足电力需要的重要保证。
参考文献：
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[2]王彬，郭庆来，孙宏斌，等．自动电压控制中强耦合电厂的协调控制方法[J].电力系统自动化，2005，39（12）：165-171.DOI：10.7500/AEPS20141021002．
论文作者:郑方园
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/28
标签：电站论文; 光伏论文; 动态论文; 电网论文; 装置论文; 电压论文; 容量论文; 《基层建设》2017年第33期论文;