引言

近年來,隨著分布式光伏發(fā)電的快速發(fā)展,中小型分布式光伏發(fā)電在用電量較大、電價較高的工商企業(yè)中急速發(fā)展。該類型分布式光伏項目一般采用自發(fā)自用、余電上網模式,以低壓AC380V接入企業(yè)內部電網,光伏所發(fā)的電量大部分被企業(yè)內部消耗,取得了較好的經濟效益和社會效益,但分布式光伏接入企業(yè)配電網后引起功率因數異常的問題也日益顯現。

1功率因數異常問題分析

1.1無功補償設備反復投切

某家用電器設備生產廠家在廠房屋頂安裝了2.2Mw分布式光伏發(fā)電站,分兩個并網點分別接入廠區(qū)配電網1#變1000kVA和2#變1600kVA變壓器低壓側AC380V母線,低壓AC380V母線上已分別配置了無功補償裝置,如圖1所示。在光伏發(fā)電系統接入用戶配電網運行一段時間后,反饋當光伏發(fā)電功率處于廠內負荷功率臨界點時,無功補償裝置測量的功率因數不穩(wěn)定,導致廠區(qū)電容器反復投切。

經檢查,在出現無功補償裝置測量的功率因數不穩(wěn)定以及電容器反復投切問題時,企業(yè)無功補償設備工作正常。將光伏電站斷開后,工廠配電系統的功率因數顯示正常。

經分析,在光伏電站接入前,無功補償裝置通過監(jiān)測采樣點P11/P21處的有功功率P1和無功功率Q1,此時無功補償控制器檢測的功率因數為:coso=P1/√P＋Q光伏電站投運后,企業(yè)用電負荷(P,Q)由光伏電站(P2,Q2)和市電(P1,Q1)共同提供,此時無功補償裝置的控制器檢測值仍然是市電監(jiān)測點的功率因數是否滿足電網考核要求。當用電負荷P接近光伏電站所發(fā)出電功率P2時,此時由電網提供的負載負荷功率很少,甚至為零,由于逆變器出廠設定的功率因數一般較高,接近1,所以逆變器提供的無功功率很少,Q2基本為零,此時,為滿足電網考核合格功率因數要求,電容器組投入,由電容器提供部分無功功率來取代市電,此時電網提供的無功功率Q1減少,達到低于無功補償裝置的動作下限值時,無功補償裝置不會增加補償電容器組的數量并且出現電容器組頻繁投切的情況,導致監(jiān)測點P11/P21處的功率因數不穩(wěn)定甚至急劇下降。

此時,需要在無功補償控制器采集信息中考慮加入光伏電站因數,在光伏并網柜中增加一套與原無功采樣設備規(guī)格型號一致的采樣C+,兩套電流互感器同向并接入無功補償裝置控制器,如圖2所示。經按照該方案改造后,企業(yè)無功補償裝置恢復正常動作,未再出現無功補償電容器組反復投切以及功率因數低于電網公司考核要求的情況。

1.2無功補償設備退出

當光伏發(fā)電系統接入采樣C+以下時,還可能會出現以下兩種情況導致無功補償設備退出運行的問題出現。

(1)由于工廠的負荷工作時間通常不是固定的,隨著負荷的變化,當光伏系統的發(fā)電功率大于工廠運行負荷的功率時,會出現電量往變壓器高壓側反送,此時會出現電容器組全部退出的情況,分析其原因是因為無功補償控制器監(jiān)測到逆向功率時不能準確判斷,導致電容器組退出運行,引起并網點功率因數下降。該情況的解決方法為選擇能夠兼容逆向功率的無功補償設備或者將接入點移至采樣C+以上。

(2)負載基波電流大小可視為固定值,由于逆變器一般以單位功率因數輸出,可以認為逆變器只提供了部分基波電流而沒有提供諧波分量,使得市電提供的基波電流相應減小,而負載總諧波電流變化不大,導致市電側的電流諧波含量增大,超過了電容補償控制器保護定值時,電容器組退出運行。

該情況的處理方法有兩種,一種是提高補償控制器的諧波保護限值,諧波報警解除,補償電容器組重新投入,但是該方法同時削弱了諧波保護功能,可能導致sVC的電容器損壞,不利于電容器長期運行。另外一種方法是將光伏電站接入點移至采樣CT以上。

2功率因數問題提前分析

分布式光伏接入電網以后出現的無功補償問題,大多和裝機容量與變壓器容量的占比、接入點位置、用戶負載和已有無功補償設備運行情況等因素有關,而這些要素在方案設計初期就可以加以考察分析,規(guī)避一些后期可能出現的功率因數異常問題。

一般來說建議光伏電站裝機容量最好不要超過接入廠區(qū)專變容量的80%,因為變壓器容量的80%剛好接近廠區(qū)最大負荷。另外對于并網點的選擇,如果光伏電站容量與接入變壓器容量占比較大,達到80%以上,可以將接入點移至無功補償控制器采樣CT前,可以規(guī)避光伏電站接入后引起電容器組頻繁投切的情況。

另外,對于系統本身可能存在或者接近諧波告警狀態(tài)和不能兼容逆功率的補償控制系統,則需要在設計時將接入點設在采樣CT以上。

盡管將接入點設在采樣CT以上可以解決很多無功補償異常問題,但由于電網考核點一般設在計量點處,所以該解決方法并不能從本質上解決光伏電站接入配電網后引起的功率因數低而導致電網罰款的問題。

3電網功率因數考核采樣點分析

按照現行的《功率因數調整電費辦法》規(guī)定""凡實行功率因數調整電費的用戶,按用戶每月實用有功電量和無功電量,計算月平均功率因數。"采用自發(fā)自用、余電上網系統的光伏用電客戶,用戶每月實用有功電量和無功電量來自于電網和分布式光伏兩個部分,但是目前電網考核點還是只考慮了電網部分,因此筆者認為,光伏部分分量也應該考慮進來,兩者疊加后才是用戶實際所用的有功電量和無功電量。希望光伏電站力率調整電費按實際情況做出合理調整。

4結語

分布式光伏電站接入用戶配電網后引起功率因數異常的原因很多,需考慮技術、經濟等多方面因素進行綜合分析,嘗試找到最優(yōu)的無功補償解決方案。本文通過對實際項目中遇到的一些功率因數異常問題的分析,提出了規(guī)避一些常見無功補償問題的建議,希望能對分布式光伏電站接入配電網的實際應用提供一些幫助,并對后續(xù)無功補償問題的研究提供一些參考。