分布式光伏发电站并入10kV 变电站后功率因数的控制

王 勇

（苏州智方电力设计有限公司，江苏 苏州215200）

0 引言

根据国家能源发展规划，“十二五”期间以加快转变能源发展方式为主线，规划能源新技术的研发和应用，解决有限能源和资源的约束，充分利用可再生能源，推动能源生产和利用方式的变革。分布式电源对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义，将成为未来发展的重点。

越来越多的企业通过有效利用厂房、办公楼屋顶和幕墙，建设分布式光伏发电站，就近接入现有的10 kV 用户变电站，然后通过10kV电压等级实现并网。为实现能源的有效利用，分布式光伏发电站所发电量实行“自发自用余电上网”。

分布式光伏发电站并入10kV 用户变电站后，因光伏发电量的动态变化，将对10kV用户变电站总进线处的功率因数造成影响，出现总进线处的功率因数不能满足供电公司规定的情况。本文将根据工程实际情况对此进行详细分析，并阐述解决的办法。

1 情况分析

依据国家电网公司《电力系统电压质量和无功电力管理规定》中对电力用户功率因数的规定，宜达到0.90 以上。10kV用户变电站一般均在每台主变380V 侧配置相应容量的电容器作为无功补偿设备，通过监测主变380V 侧功率因数情况进行自动补偿，以保证10kV 变电站总进线处的功率因数满足供电公司规定。

分布式光伏发电站应充分利用逆变器的无功容量及其调节能力，一般逆变器的功率因数应能在0.90（超前）～0.90（滞后）范围内连续可调。

下面以敏华实业（吴江）有限公司6 MW 分布式光伏发电项目为例进行分析。原有10kV 用户变电站一座，规模为3×800kVA＋2×2 000kVA，380V 侧配置电容器总容量为3×400kvar＋2×800kvar。现在厂房屋顶建设太阳能光伏发电系统，容量为6MWp（由24 000块250Wp多晶硅光伏组件组成，配套11台500kW 三相并网逆变器），系统接线如图1所示。

本期光伏发电站的逆变器功率因数可在0.9（超前）～0.9（滞后）范围内连续调节，调节方式为手动调节或通过通讯接口进行调节。

光伏发电站并网后无功补偿装置的校验：（1）用户变电站最大负荷按装机容量的90%考虑，为5 760kW。按照负荷功率因数为0.8，共需无功约4 320kvar。（2）主变压器（按负载率90%核算）和升压变压器无功消耗共约690kvar。（3）原10kV用户变电站380V 侧共配无功补偿容量为2 800kvar。（4）本期光伏发电站的逆变器无功功率可调，功率因数范围为0.9（超前）～0.9（滞后），按照逆变器功率为5 500kW，功率因数为0.90，则可提供最大无功约2 600kvar。（5）全站可提供的最大无功共约5 400kvar。

无功补偿装置由变电站原配置的无功补偿装置和本期光伏发电站的逆变器的无功补偿能力组成，完全可以满足，也符合GB/T29321—2012《光伏发电站无功补偿技术规范》中“5.1.2光伏发电站应充分利用并网逆变器的无功容量及其调节能力”的要求。

2015年7月某天，敏华的运行情况为2#主变、4# 主变和5#主变运行，1#主变和3#主变停运。主变负荷如下：2#主变为851.37kW，4#主变为449.97kW，5#主变为346.05kW，功率因数均为0.92（因主变400V 侧均配置有无功补偿装置，且功率因数控制器整定为0.92）。

光伏电站一天中可能从不发电到满发，然后再到不发电，是一个动态变化的过程。按照逆变器功率因数设定为0.90（滞后），经潮流计算得不同的5 500kWp光伏的发电率（%）下的总进线处功率（kVA）和功率因数为：0%时，为1 653.4＋j757，0.91；5%时，为1 378.8＋j625.7，0.91；10%时，为1 105＋j495.7，0.91；15%时，为831.9＋j363.6，0.92；20%时，为559.6＋j235，0.92；25%时，为287.9＋j107.6，0.94；30%时，为16.9－j18.5，0.67；35%时，为－253.4－j144.5，0.87；40%时，为－523－j268.3，0.89；45%时，为－791.9－j389.8，0.90；50%时，为－1 060.2－j512.3，0.90；60%时，为－1 594.7－j751.6，0.90；70%时，为－2 126.7－j986.5，0.91；80%时，为－2 656.2－j1 216.9，0.91；90%时，为－3 183.2－j1 443.1，0.91；100%时，为－3 707.7－j1 666，0.91。（注：总进线处功率为正值，说明为系统向用户输送；为负值，说明为用户向系统输送。）

上述数据基本与现场监控系统上观测到的数据一致。可见，当光伏发电率为30%、35%和40%时，总进线处的功率因数都小于0.90，不满足供电公司规定，需采取增大逆变器的功率因数的措施。

综上所述，因为光伏发电是动态变化的，故会造成总进线处（产权分界点）的功率因数变化，出现不满足供电公司要求功率因数大于等于0.9的情况，造成电力资源的浪费。加上用户的负荷也可能变化，所以仅通过运行人员根据运行数据来手动调节逆变器的功率因数，无法很好地保证总进线处的功率因数大于等于0.9。

2 采用的解决办法

为了解决此问题，光伏监控系统厂家通过采集总进线处的功率因数，跟设定的总进线处功率因数进行比较，然后根据接线、负荷和光伏发电情况，计算得出逆变器需提供的无功功率、需设定的功率因数，通过监控系统与逆变器通信，发出功率因数的调节命令，实现了对总进线处功率因数的控制，如图2所示。

图2 总进线处功率因数的控制方法

3 结语

分布式光伏发电站就近接入现有的10kV 用户变电站时，由于光伏发电是动态变化的，加上用户的负荷也可能变化，光伏监控系统中增加相关的计算分析功能，同时与逆变器进行通信，对逆变器的功率因数进行实时调节，保证了总进线处的功率因数能够满足供电公司的要求。

［1］国家电网公司.分布式电源接入系统典型设计：接入系统分册［M］.北京：中国电力出版社，2014.

［2］中国电力科学研究院，国网电力科学研究院.GB/T29321—2012 光伏发电站无功补偿技术规范［S］.北京：中国标准出版社，2013.

［3］中国电力企业联合会，国家电网公司.GB/T50866—2013 光伏发电站接入电力系统设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2013.

［4］国家电网生〔2009〕133号 电力系统电压质量和无功电力管理规定［S］.