分布式光伏接人電網(wǎng)后對用戶功率因數(shù)的影響分析

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(xiàng)目一般采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)模式,以低壓AC380V接入企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng),光伏所發(fā)的電量大部分被企業(yè)內(nèi)部消耗,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,但分布式光伏接入企業(yè)配電網(wǎng)后引起功率因數(shù)異常的問題也日益顯現(xiàn)。

1功率因數(shù)異常問題分析

1.1無功補(bǔ)償設(shè)備反復(fù)投切

某家用電器設(shè)備生產(chǎn)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(wǎng)點(diǎn)分別接入廠區(qū)配電網(wǎng)1#變1000kVA和2#變1600kVA變壓器低壓側(cè)AC380V母線,低壓AC380V母線上已分別配置了無功補(bǔ)償裝置,如圖1所示。在光伏發(fā)電系統(tǒng)接入用戶配電網(wǎng)運(yùn)行一段時間后,反饋當(dāng)光伏發(fā)電功率處于廠內(nèi)負(fù)荷功率臨界點(diǎn)時,無功補(bǔ)償裝置測量的功率因數(shù)不穩(wěn)定,導(dǎo)致廠區(qū)電容器反復(fù)投切。

經(jīng)檢查,在出現(xiàn)無功補(bǔ)償裝置測量的功率因數(shù)不穩(wěn)定以及電容器反復(fù)投切問題時,企業(yè)無功補(bǔ)償設(shè)備工作正常。將光伏電站斷開后,工廠配電系統(tǒng)的功率因數(shù)顯示正常。

經(jīng)分析,在光伏電站接入前,無功補(bǔ)償裝置通過監(jiān)測采樣點(diǎn)P11/P21處的有功功率P1和無功功率Q1,此時無功補(bǔ)償控制器檢測的功率因數(shù)為:coso=P1/√P＋Q光伏電站投運(yùn)后,企業(yè)用電負(fù)荷(P,Q)由光伏電站(P2,Q2)和市電(P1,Q1)共同提供,此時無功補(bǔ)償裝置的控制器檢測值仍然是市電監(jiān)測點(diǎn)的功率因數(shù)是否滿足電網(wǎng)考核要求。當(dāng)用電負(fù)荷P接近光伏電站所發(fā)出電功率P2時,此時由電網(wǎng)提供的負(fù)載負(fù)荷功率很少,甚至為零,由于逆變器出廠設(shè)定的功率因數(shù)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(wǎng)考核合格功率因數(shù)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(wǎng)提供的無功功率Q1減少,達(dá)到低于無功補(bǔ)償裝置的動作下限值時,無功補(bǔ)償裝置不會增加補(bǔ)償電容器組的數(shù)量并且出現(xiàn)電容器組頻繁投切的情況,導(dǎo)致監(jiān)測點(diǎn)P11/P21處的功率因數(shù)不穩(wěn)定甚至急劇下降。

此時,需要在無功補(bǔ)償控制器采集信息中考慮加入光伏電站因數(shù),在光伏并網(wǎng)柜中增加一套與原無功采樣設(shè)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(bǔ)償裝置控制器,如圖2所示。經(jīng)按照該方案改造后,企業(yè)無功補(bǔ)償裝置恢復(fù)正常動作,未再出現(xiàn)無功補(bǔ)償電容器組反復(fù)投切以及功率因數(shù)低于電網(wǎng)公司考核要求的情況。

1.2無功補(bǔ)償設(shè)備退出

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入采樣C+以下時,還可能會出現(xiàn)以下兩種情況導(dǎo)致無功補(bǔ)償設(shè)備退出運(yùn)行的問題出現(xiàn)。

(1)由于工廠的負(fù)荷工作時間通常不是固定的,隨著負(fù)荷的變化,當(dāng)光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率大于工廠運(yùn)行負(fù)荷的功率時,會出現(xiàn)電量往變壓器高壓側(cè)反送,此時會出現(xiàn)電容器組全部退出的情況,分析其原因是因?yàn)闊o功補(bǔ)償控制器監(jiān)測到逆向功率時不能準(zhǔn)確判斷,導(dǎo)致電容器組退出運(yùn)行,引起并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)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(bǔ)償設(shè)備或者將接入點(diǎn)移至采樣C+以上。

(2)負(fù)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(shù)輸出,可以認(rèn)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(yīng)減小,而負(fù)載總諧波電流變化不大,導(dǎo)致市電側(cè)的電流諧波含量增大,超過了電容補(bǔ)償控制器保護(hù)定值時,電容器組退出運(yùn)行。

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

2功率因數(shù)問題提前分析

分布式光伏接入電網(wǎng)以后出現(xiàn)的無功補(bǔ)償問題,大多和裝機(jī)容量與變壓器容量的占比、接入點(diǎn)位置、用戶負(fù)載和已有無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行情況等因素有關(guān),而這些要素在方案設(shè)計(jì)初期就可以加以考察分析,規(guī)避一些后期可能出現(xiàn)的功率因數(shù)異常問題。

一般來說建議光伏電站裝機(jī)容量最好不要超過接入廠區(qū)專變?nèi)萘康?0%,因?yàn)樽儔浩魅萘康?0%剛好接近廠區(qū)最大負(fù)荷。另外對于并網(wǎng)點(diǎn)的選擇,如果光伏電站容量與接入變壓器容量占比較大,達(dá)到80%以上,可以將接入點(diǎn)移至無功補(bǔ)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(tǒng)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(bǔ)償控制系統(tǒng),則需要在設(shè)計(jì)時將接入點(diǎn)設(shè)在采樣CT以上。

盡管將接入點(diǎn)設(shè)在采樣CT以上可以解決很多無功補(bǔ)償異常問題,但由于電網(wǎng)考核點(diǎn)一般設(shè)在計(jì)量點(diǎn)處,所以該解決方法并不能從本質(zhì)上解決光伏電站接入配電網(wǎng)后引起的功率因數(shù)低而導(dǎo)致電網(wǎng)罰款的問題。

3電網(wǎng)功率因數(shù)考核采樣點(diǎn)分析

按照現(xiàn)行的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》規(guī)定""凡實(shí)行功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的用戶,按用戶每月實(shí)用有功電量和無功電量,計(jì)算月平均功率因數(shù)。"采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)系統(tǒng)的光伏用電客戶,用戶每月實(shí)用有功電量和無功電量來自于電網(wǎng)和分布式光伏兩個部分,但是目前電網(wǎng)考核點(diǎn)還是只考慮了電網(wǎng)部分,因此筆者認(rèn)為,光伏部分分量也應(yīng)該考慮進(jìn)來,兩者疊加后才是用戶實(shí)際所用的有功電量和無功電量。希望光伏電站力率調(diào)整電費(fèi)按實(shí)際情況做出合理調(diào)整。

4結(jié)語

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