对光伏电站无功补偿工程应用的分析

付崇超

摘要：为了避免光伏电站并网对电力系统产生负面影响，要加设合适的无功补偿装置。笔者结合光伏电站实例对其内部扰动对电网电压的影响进行了分析，结果表明，在光伏电站中加设3Mvar的动态无功补偿装置即可发挥出较好的效果。

关键词：光伏电站;无功补偿;并网

引言：

现阶段，我国对资源保护的关注度明显提升，加大了对新能源的开发工程的投入。在这样的背景下，我国光伏发电机的容量明显提升。对于光伏发电来说，由于其受到天气条件、环境因素等的影响，所以存在着一定的波动，在入网的过程中，会对电网或是电力系统产生负面影响，包括电力系统电压波动、谐波增强等等。为了降低光伏电站对电力系统的影响，要加设无功补偿装置，确保电能输送损耗的降低。

一、光伏电站无功损耗的计算

（一）光伏电站线路无功损耗的计算

对于线路无功损耗的充电功率，可以使用以下公式完成计算：Q_L=3I²X。在该公式中，Q_L代表着线路的无功损耗，单位为kvar;I代表着线路中流过的电流，单位为A;X代表着线路的等值电抗，单位为A。其中，线路中流过的电流（I）需要展开进一步的计算，使用公式I=P/（Ucos?）就能够完成计算。在该公式中，P代表了线路的有功功率，单位为kW;U代表了线路的线电压，单位为kV;cos?代表了线路的功率因数。

在线路无功损耗的充电功率计算中，还需要了解线路等值电抗（X）的数值，在对其进行计算时，可以使用公式X=xL来完成。在该公式中，x代表了导线单位长度下的电抗，单位为Ω/km;L代表了线路的长度，单位为km。

对于光伏电站线路的充电电容量可以使用公式Q=U²ωc/1000=2πU²fcC/1000来完成计算。在该公式中，c代表了单位长度下导线的单相对地电容，单位为μF/km;f代表了线路频率，单位为Hz;C代表了导线单相对地电容，单位为μF。

（二）光伏电站变压器无功损耗的计算

在对光伏电站的变压器无功损耗进行计算时，可以使用以下公式完成：Q_r=nS_N。在该公式中，Q_r代表了变压器的无功功率，单位为kvar;n代表了变压器的实际台数;U_k%代表了变压器短路电压的百分值;I₀%代表了变压器空载电流的百分值;S代表了变压器运行的视在功率，单位为kVA;S_N代表了变压器的额定容量，单位为kVA。

（三）计算涉及的主要参数

在本次研究中，笔者选定了某光伏电站的并网工程实例来完成。在该光伏电站中，电站装机容量为20MW_P，通過两条35kV的电缆接入升压站的35kV侧。光伏电站中设置了1MW的逆变升压单元共20个，使用了集散式的逆变器。升压站通过一条线路接入上级变电站低压侧。

在本计算中，涉及到的参数主要包括：单条35kV的电缆所带回的光伏阵列容量为10MW、相应电缆的长度为18km、电抗的数值为0.105Ω/km;箱式变压器的阻抗电压为6.5%、变比为38.5±2x2.5%/0.48kV;升压变压器的阻抗电压为9%、变比为66±8x1.25%/38.5kV。

（四）光伏电站无功损耗的计算结果

结合上文所述，能够得出光伏电站无功损耗计算的相关结果如下：单条35kV电缆线路的无功损耗数值为26.41kvar;箱式变压器的无功损耗数值为1340kvar;升压站送出线路的无功损耗的1/2为85.67kvar;升压变压器的无功损耗数值为1160kvar。此时，这一光伏电站在投运满发条件下，得到的最大无功损耗数值为2569.25kvar。

结合光伏电站的相关技术标准能够了解到，光伏电站中加设的并网逆变器必须能够在确保有功出力的条件下，在-0.95至+0.95范围内功率因数可调^[1]。基于这样的要求，必须要加设能够在相应水平上具有运行能力的逆变器。对于本文中使用的光伏电站实例来说，其可发无功最大可以达到6574kvar。此时，该光伏电站并网并不会对电力系统产生负面影响，或是加重其无功负担。

二、光伏电站的内部扰动对电网电压的影响分析

对于光伏电站来说，当其内部出现常规扰动时，例如电容器投切、机组的启动或停止等等，会使得该光伏电站的电压水平出现瞬间降低或升高的波动^[2]。在并网条件下，为了避免这种波动对电网（电力系统）产生影响，可以通过加设动态无功补偿装置来实现。

光伏电站在接入电力系统后，加设动态无功补偿装置的容量、冬大（冬季能够产生最大短路电流的运行方式，全接线，全开机）以及冬小（冬季能够产生最小短路电流的运行方式，全接线，部分开机或机组不带满出力）等等运行方式会对电力系统产生不同的影响，此时，电力系统电压的波动情况不尽相同，得出数据具体如下：光伏电站切机在冬大状态下，220kv母线电压的最小值为1.04982、最大值为1.05063;升压站母线电压的最小值为0.99240、最大值为0.99735。在同样的运行条件下，光伏电站投机的220kv母线电压的最小值为1.05062、最大值为1.08656;升压站母线电压的最小值为0.99743、最大值为1.00120。

光伏电站切机在冬小状态下，220kv母线电压的最小值为1.08546、最大值为1.08677;升压站母线电压的最小值为1.05882、最大值为1.06288。在同样的运行条件下，光伏电站投机的220kv母线电压的最小值为1.08524、最大值为1.08656;升压站母线电压的最小值为1.05834、最大值为1.06241。

光伏电站切机在冬大且加装3Mvar动态无功补偿装置的状态下，220kv母线电压的最小值为1.04904、最大值为1.05063;升压站母线电压的最小值为0.99266、最大值为0.99735。在同样的运行条件下，光伏电站投机的220kv母线电压的最小值为1.05061、最大值为1.05191;升压站母线电压的最小值为0.99734、最大值为1.00099。

光伏电站切机在冬小且加装3Mvar动态无功补偿装置的状态下，220kv母线电压的最小值为1.08557、最大值为1.08677;升压站母线电压的最小值为1.05901、最大值为1.06288。在同样的运行条件下，光伏电站投机的220kv母线电压的最小值为1.08524、最大值为1.08645;升压站母线电压的最小值为1.05833、最大值为1.06223。

光伏电站切机在冬大且加装5Mvar动态无功补偿装置的状态下，220kv母线电压的最小值为1.04914、最大值为1.05063;升压站母线电压的最小值为0.99266、最大值为0.99747。在同样的运行条件下，光伏电站投机的220kv母线电压的最小值为1.05061、最大值为1.05181;升压站母线电压的最小值为0.99722、最大值为1.00097。

光伏电站切机在冬小且加装5Mvar动态无功补偿装置的状态下，220kv母线电压的最小值为1.08565、最大值为1.08677;升压站母线电压的最小值为1.05901、最大值为1.06288。在同样的运行条件下，光伏电站投机的220kv母线电压的最小值为1.08524、最大值为1.08637;升压站母线电压的最小值为1.05824、最大值为1.06222。

由此能够得出，为了避免光伏电站并网对电力系统的影响，加设3Mvar的动态无功补偿装置即可发挥出较好的效果。

三、总结

综上所述，为了降低光伏电站对电力系统电压水平的影响，要结合光伏电站的入网特性、电压水平以及电力系统的实际情况，完成动态无功补偿装置的选定与加设。结果显示，加设3Mvar的动态无功补偿装置即可发挥出较好的效果。

参考文献

[1]高正，王世荣，丁恒.浅论光伏电站无功补偿工程应用[J].山東工业技术，2019（04）：190-191.

[2]张胜红.浅析分布式光伏电站用户侧并网无功补偿方案[J].智能城市，2018，4（20）：154-155.