光伏电站无功补偿运行方式优化研究

摘要：光伏发电是一种环境友好的新能源发电方式，在增大光伏容量的同时要避免大量的光伏接入对电网造成的冲击，采用无功补偿可以有效减小光伏系统对电网的影响。在光伏电站配置无功补偿的作用包括辅助支撑电网电压，提高电力系统稳定性；降低线路及变压器无功损耗，减少电能损失；提高功率因数，抑制谐波，改善电能质量等。

关键词：光伏电站；无功补偿运行；方式优化

1光伏发电站无功补偿

发电站利用光伏发电是将光能转化为电能的一项具有潜力的发电技术。在国外的市场发展中占据较大优势，成为新能源企业不可或缺的新型技术。光伏发电利用可再生的太阳能资源作为资源来源，从根本上减少了投入的资金。光伏发电站主要由光伏板，汇流箱，逆变器、就地升压变压器、电缆集电线路，升压变压器及送出线路组成。其中电缆线路，送出线路由于对地电容的存在，会产生无功功率，变压器等感性负载消耗无功，根据规范要求接人10-35kV电压等级公用电网的光伏电站，功率因数应在超前0.98和滞后0.98范围内连续可调，接入110kV级以上电压等级的公用电网的光伏发电站，其配置的容性无功能补偿光伏发电站满发时站内汇集线路、主变压器的全部感性无功及光伏发电站送出线路一半的感性无功之和，其配置的感性无功容量能够补偿光伏发电站站内全部充电无功功率及送出线路一半充电无功功率之和，为了送出电能满足要求，光伏发电站设置SVG，SVG可以连续平滑的输出无功，也可以吸收多余无功，SVG的补偿容量通过专门的控制器控制，控制器电流引自主变压器10kV侧电流互感器，电压取自10kV母线电压互感器，SVG接在10kV母线电压互感器，SVG接在10kV母线。

2光伏电站无功补偿方式和补偿目标

2.1同步调相机

同步调相机是一种特殊运行状态下的同步电机，当应用于电力系统时，能根据系统的需要自动在电网电压下降时增加无功输出，在电网电压上升时吸收无功功率，以维持电压，提高电力系统的稳定性，改善系统供电质量。但其响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧，属淘汰技术。

2.2固定电容器

固定电容器可以使系统网架参数得到改善，减少感性无功在线路上的流动，能够补偿电网中的无功功率。其易于维护，补偿容量灵活可调，不仅可以集中装设、还可以分散使用，所以现阶段是我国主要使用的补偿装置。但是固定电容器组对无功的调节作用不是很好，响应速度慢，连续可控能力差，不适用于光伏电站的无功补偿。

2.3静止无功补偿器（SVC）

静止无功补偿器是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装置。它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并联使用。电容器可发出无功功率（容性的），可控电抗器可吸收无功功率（感性的）。通过对电抗器进行调节，可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进行），并且响应快速。其技术相对先进实用，在输配电电力系统中得到了广泛应用。

2.4静止无功发生器（SVG）

静止无功发生器是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联到电网上，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，使该电路吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿的目的。SVG是目前无功功率控制领域内的最佳方案。相对于传统的调相机、电容器电抗器、以晶闸管控制电抗器TCR为主要代表的传统SVC等方式，SVG有着无可比拟的优势。它是灵活柔性交流输电系统（FACTS）技术的重要组成部分，是现代无功功率补偿装置的发展方向。

3光伏电站夜间无功补偿情况分析

3.1光伏发电站夜间无功功率计算

光伏发电站夜间无有功上网，下网有功仅为站用负荷，有功电流较小，所以主变压器消耗的无功仅为空载损耗，线路仅输出无功，消耗的无功可忽略不计。变压器消耗的无功功率为0.05MVA，10kV电缆集电线路输出的无功功率0.16MVA，光伏发电站送出线路输出的无功为1.04MVA，根据上述计算知光伏发电站送出无功为0.63MVA。

3.2光伏发电站夜间功率因数计算

夜间光伏发电站有功按站用变满载计算，负荷为160kW，功率因数为0.246。

3.3光伏发电站夜间SVG补偿无功计算

根据供电部门要求夜间功率因数达到0.9，则需要SVG补偿的功率为0.707MVA。

4光伏发电站夜间功率因数达不到要求的原因分析

4.1电流互感器的误差影响

SVG电流引致主变低压侧电流互感器的测量绕组，绕组精度为0.5S，变比采用4000/5，变压器额定电流电流为2750A，在夜间时，变压器主要负载为站用负荷，当满载运行时，有功负荷电流为11A，电容电流为8.8A，电流为额定电流的0.35%，根据规范要求，0.5S级电流互感器，负荷要求在25%～30%之间，超出此范围电流互感器的角度误差和比值误差将增大，通过计算知光伏发电在夜间时电流仅为互感器额定电流的0.35%，在此范围电流互感器误差较大，造成SVG电流采样误差较大，所以SVG不能启动补偿线路输出的无功。

4.2SVG的精度及本身的误差影响

光伏发电站设置SVG的容量为11MVA，根据生产厂家提供的技术参数，SVG在±0.7MVA范围内精度较差存在死区，且此误差范围受SVG容量影响，SVG容量越大，此误差范围也越大，根据计算SVG容量配置8MVA即可满足要求，设计中选择保守，可适当减少SVG容量。

5解决夜间功率因数不达标的措施

5.1合理配置SVG容量

在光伏发电站设计时，详细准确收集设计资料，对光伏发电站所需无功补偿容量计算尽量准确，合理配置SVG容量，避免SVG不能将光伏发电站功率因数补偿到合格范围，同时不要留太大裕度，以免SVG在零范围附近不能准确输出或吸收无功，尽可能减小SVG在零附近的输出死区，给光伏发电站在夜间运行时能准确补偿提供条件。

5.2提高互感器绕组精度

SVG的输出是通过控制器控制的，控制器电流引至主变10kV侧电流互感器，电压引至10kV母线电压互感器，通过电流与电压间的夹角计算功率因数并控制SVG补偿容量，根据规范要求，当电流在额定电流的1%～100%之间时，电流互感器二次绕组精度应采用S级的电流互感器，光伏发电站用的绕组精度为0.5S，可提高到0.2S级，减小互感器的测量误差，为SVG准确补偿提供前提条件。

5.3手动设置SVG无功出力，达到补偿要求

根据光伏发电站的长期运行经验，并实际测量光伏电站夜间运行电容电流大小，计算光伏电站产生的容性无功及主变压器等感性设备消耗的容性无功，手动设置SVG补偿出力，使功率因数满足供电部门要求。

5.4增加并联电抗器

通过计算知，夜间运行时，10kV电缆集电线路会产生0.16MVA的无功，110kV送出线路会产生0.52MVA的无功，主变压器轻载运行会消耗0.05MVA的无功，即在光伏发电站夜间运行时需补偿感性无功0.63MVA，当SVG在0.63MVA附近输出存在死区时，可采用在10kV母线增加一组并联电抗器，容量为0.63MVA，吸收夜间线路产生的无功功率，使光伏发电站夜间功率因数满足供电部门要求。

结束语

综上所述，在光伏发电站中，既要保证白天负荷较大时上网电能无功满足电网要求，同时要保证夜间负荷较小时多余无功上网，引起电网损耗加大，就必须采用有效措施进行补偿，使光伏发电站上网电能满足要求，减小经济损失，达到效益最大化。

参考文献：

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