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2021-11-12

别让功率因数问题影响电站收益

分布式光伏发电具有因地制宜,分散布局,就地消纳的特点,是未来光伏发电发展的重要方向,今年来看分布式占整个光伏比重达60%以上。随着双碳目标和十四五规划的实施,分布式光伏的装机量将会大幅提高,但是分布式光伏接入电网以后的各种问题也日益显现。尤其是夏季,是重大项目开工、光伏并网的重要季节,部分工厂面临设备检修、节日放假开工不足的情况,光伏可能出现倒送电的情况或者光伏接入考虑不足,导致夏季发电、用电高峰出现功率因数问题。


一、案例分析


某公司装机总容量约为1.2MWp,分3个并网点接入380V配电母线,再通过厂用变压器与公共电网连接,10KV变压器容量为800KVA,由于光伏装机容量较小(只占变压器容量的50%),考虑配电侧原有无功补偿装置能够提供足够的无功,故没有另外再加装无功补偿。


但是在光伏接入后,功率因数表上出现不同程度的下降,范围在0.3~0.8不等;检查功率因数异常期间,无功补偿器出现报警(谐波),补偿电容器无法投切;同时根据现场观察,功率因数低绝大多数都是在光照条件很好,逆变器输出最大的时刻。把光伏部分全部断开,无功补偿恢复正常,测量此时电网独立供电条件下功率为300~400kW左右;重新合上逆变器,逆变器单点的输出功率为320kW左右。


装入光伏后功率因数


原因分析:通过上述分析,以及现场的光伏接入点、无功补偿位置发现,我们推断由于光伏提供了负载需要的大部分功率甚至出现反送电的情况导致无功补偿点的电流大幅下降(基波电流),谐波电流比例就上升了,超过了设定限制最终无功补偿退出。


解决办法:就这个项目案例,现场找到无功补偿器厂家,将无功补偿器的谐波保护定值调高一些,谐波告警消失,电容器重新投切进行补偿;但是该方案削弱了谐波保护功能,不利于电容器的长期运行;要更好的解决这个问题,可以使用四象限无功功率型的控制器,当发生光伏功率倒送的情况依然可以准确策略功率因数。


二、功率因数偏低问题分析


分布式光伏接入电网以后出现的无功补偿问题,大多与安装容量、接入点位置等因素有关。


1)无功补偿检测点位置不准确


并网点改造前


1点为补偿柜的检测点,当光伏发的电(有功)供负荷使用,通过1的有功相应的就会变少,而从电网用的无功还是不变,这就造成了1点检测到的功率因数偏低。


其他可能导致功率因素降低的原因:

2)不具备补偿设备或者原有补偿设备实际可用补偿容量不足;

3)无功补偿设备的控制器损坏;

4)电网中负载带来的谐波较大,补偿电容器无法正常投切;


而补偿设备实际可用容量不足和检测点位置选择不正确,是问题的主要原因。


光伏电站运行中主要的无功消耗设备就是大量的感性元件升压变压器,并网逆变器可以为电网提供一定的无功,补偿给变压器吸收的感性无功。


电网要求无功补偿容量应为电站容量的20%。光伏电站中除了逆变器及电站内敷设较长的电缆产生的分布电容可为变压器提供一定的无功补偿,若仍不能满足无功需求,还需额外配置无功补偿装置:并联电容柜。



电容补偿装置投切,会引起电压的瞬间跌落。所以要求逆变器具有低压耐受能力,即低电压穿越能力。在电压跌落瞬间不脱网,继续运行。


三、无功补偿的解决方案


1、并网点改造


光伏的部分移到无功补偿采样CT的前端,即让光伏系统与电网同性质,共同为负载出力,同时富余电量上行时,不经过CT的采样CT,仅仅经过计量采样CT。示意图如下:



2、对于负载变化较大可能出现倒送的补偿检测点,更换四象限无功补偿控制器;对于因为谐波影响的,加装一个有源滤波装置,如案例。


3、被动式功率因数调节方式

将逆变器功率因数设置为-0.90(滞后),通过逆变器补偿一部分无功。


4、基于固德威数据采集器控制的主动式无功补偿方案


其工作原理为通过采集线路上的实际功率因数和目标功率因数进行对比,计算出需求的无功数值,使得逆变器可以自行分配控制输出所需的功率,对光伏电站进行智能无功补偿,调节实时系统功率因素,最大限度提高光伏电站收益。



说明:

1)利用逆变器的PF调节无功或自动无功补偿装置尽管成本较低,但会影响太阳能发电的最大功率,并且一般逆变器的无功能力有限。

2)SEC1000智慧能源控制器动态无功补偿方案是基于RS485通讯调节,响应时间在秒级,对于光照或者负载快速变化的情况,无功补偿柜的瞬时功率因数仍会出现低于设定值的情况,但不会对一个月总体的功率因数产生影响。

3)动态无功补偿也应考虑到项目改造的可行性。


四、总结


功率因数问题是工商业分布式光伏项目需要特别关注的,项目开始之前,需要明确补偿装置的检测点要放在配电网检测那一级;分布式商业电站在项目设计之初就要考虑到原有变压器、无功补偿装置、传输线缆、负载类型和功率以及光伏系统的兼容等问题。


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