分布式光伏无功补偿问题探讨

张铭辉 施飞 陈东楚

摘要：文章从某分布式光伏发电项目发生的功率因数异常出发，介绍了目前分布式光伏发电几种不同并网接入形式可能存在的无功补偿问题，分析了功率因数失调的原因，旨在总结经验，探讨分布式光伏无功补偿的合理模式，为电站设计提供参考。

关键词：分布式光伏；并网点；无功补偿；功率因数；控制器；电站设计 文献标识码：A

中图分类号：TM615 文章编号：1009-2374（2016）06-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.070

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，市场潜力巨大。近年来鼓励发展清洁能源，分布式光伏的装机容量逐年提高，取得了良好的经济效益和社会效益，但是分布式光伏接入电网以后出现的各种问题也日益显现，其中就包括无功补偿问题。

1 功率因数失调分析

1.1 无功补偿退出的问题

某齿轮厂屋顶光伏发电总装机容量为600kWp，分两个逆变器就近并入380V配电母线，再通过工厂内部设备与公用电网连接，10kV变压器容量为1250kVA，如图1。由于光伏装机容量较小，考虑配电侧原有的无功补偿装置能提供足够的无功，故没有另外再加装无功补偿。在接入光伏发电系统以后，其中一个厂房（接入点1）的电气系统频繁出现功率因数下降的情况，功率因数在0.3～0.7之间，而另一个厂房却运行正常。

检查功率因数异常期间，无功补偿控制器出现报警（谐波），电容器1不能投入，即无功补偿退出。而且根据现场人员反映，功率因数低都是在光照条件好、逆变器输出最大的时刻。在后来的排查中试着拉开光伏接入1的开关，无功补偿恢复投入，测量此时电网独立供电的下行功率为249.4kW（即厂房1负载功率）。重新合上光伏开关，由逆变器输出的功率为150.7kW。对比接入点2的光伏输出功率相当，但厂房2的稳定负载功率超过了800kW。

分析：该低压配电区无功补偿采样点取自10kV变压器低压侧电流，光伏接入点在取样CT以下，如图1。根据测得的负载大小和光伏输出功率推断，接入点1由于光伏提供了负载需要的大部分功率，导致无功补偿采样点的电流大幅下降（基波电流），谐波电流比例上升，超过了设定限值时无功补偿退出。

现场将无功补偿控制器1的谐波保护定值调高，谐波报警消失，电容器1又能投入补偿。至此，谐波超值问题似乎得到印证，但是该方法同时削弱了谐波保护功能，不利于电容器长期运行。要解决本例中的功率因数下降问题，宜改用有源电力滤波器APF，通过动态跟踪补偿来补偿无功、抑制谐波。

根据笔者经历，对于同样的光伏并网点在补偿控制采样CT以下的接入方式，还可能出现另一种因补偿控制器故障引起的功率因数失调。通常工厂的生产活动不是固定的，由于负荷发生变化，当光伏系统输出功率P2大于接入区域的负载P3时，就出现功率往变压器高压侧倒送的情况（P1'），如图1。此时，下行的无功功率Q不变，而P1变成P1'，工作点从A点移到B点，如图2。

对于很多非四象限的补偿控制器，一旦出现功率倒送的情况就无法测量功率因数，在报故障的同时将电容器切出，导致无功补偿退出。因此针对工厂负载变化较大可能出现功率倒送的补偿监测点，必须更换为四象限无功功率型的控制器。

1.2 无功补偿不足的问题

由于逆变器输出的无功分量较小，分布式光伏系统接入工厂以后，如果原有的无功余量足够，一般不需要额外再增加电容器组。实际应用中，有工厂反映，接入光伏系统以后无功补偿正常投入，但一段时间内有电费增加的情况。经过调查，这种现象发生在光伏接入点在无功补偿采样点上方的接线方式，而且光伏安装容量相对较大。特别是工厂某月度稳定负荷比平时下降时，由光伏提供的功率比例大幅上升，可能超过设计时负荷的25%。此时，即使无功补偿控制器按设定的功率因数值进行补偿，但仍有一部分无功功率取自电网，对于电网考核点来说功率因数必然降低，如图3。A点为光伏接入前，电网下行功率P和Q。接入光伏以后，由于光伏提供功率△P，使得电网下行有功减少为P'，功率因数降低。要使考核点回到原先的功率因数水平，则至少还需要增加无功△Q。

因此经常出现无功补偿不足时，该无功补偿控制器应该调整为按无功功率补偿的方案。

2 无功补偿的设计因素

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，而这些要素在设计阶段就要加以考察分析，尽可能规避补偿失配。

根据《国家电网分布式能源接入系统技术规定》的要求：“分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。”但是由于光伏随天气变化输出功率不稳定，负载本身也会变化，很多在设计光伏安装容量时，往往只是按变压器容量而不是最大负荷考虑，实际运行中出现逆流的情况很常见。因此当设计容量可能超过最大负荷的25%时，必须按规范要求进行无功补偿和电能质量的专题分析。

在选择并网点时，还要考虑接入点与采样点CT的位置关系，是否适应原有补偿控制器的功能。例如，当光伏接入点在采样CT以上，则本文提到无功补偿退出的两个案例都不会出现。对于光伏系统有多个接入点的，建议分散在负荷波动较小的不同支路并网，有利于功率的平衡稳定，减少对单个支路的影响。

由于接入光伏系统以后补偿采样点可能出现逆流，采样点和电网考核点的功率因数有差异等问题，根据实际情况要求使用适应性强的无功补偿，有条件的宜选择无功功率型的补偿方式。

3 结语

分布式光伏一般通过用户原有的电力设施并入中、低压配电网，适用于建筑屋顶、工业厂房等，外部情况复杂。由于接线方式、负荷波动等原因，容易出现无功补偿失配问题。笔者通过总结电站运营经验，提出了规避一些常见补偿问题的建议，供大家参考。

参考文献

[1] 国家电网分布式能源接入系统技术规定（Q/GDW480-2010）[S].北京：中国电力出版社，2010.

[2] 李宏仲.地区电网无功补偿与电压无功控制[M].北京：机械工业出版社，2012.

作者简介：张铭辉（1982-），男，浙江杭州人，浙江正泰新能源开发有限公司继电保护技师，工程师，研究方向：电力管理。

（责任编辑：蒋建华）