分布式无功补偿系统在荒山光...MWp地面光伏电站工程为例_闫新.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 超越照明121文章编号：2096-9317（2023）01-0121-03作者简介：闫新，男，硕士，高级工程师，研究方向为电力工程设计；任枫轩，男，硕士，教授，研究方向为电子信息工程。分布式无功补偿系统在荒山光伏电站中的应用以英利林州东岗 30 MWp 地面光伏电站工程为例闫 新1，任枫轩21.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 4500032.河南职业技术学院，河南 郑州 450014摘要：荒山光伏电站具有占地广、发电设备数量多、场内集电线路长等特点，光伏场区内无功功率较大，需配置一定容量的无功补偿设备。采用分布式无功补偿系统，利用光伏场区发电单元与升压站内集中性无功补偿设备，可降低无功功率补偿的集中性，降低工程成本，增加系统可靠性。英利林州东岗 30 MWp 地面光伏电站工程在工程建设中采取分布式无功补偿系统，可为其他荒山光伏电站项目的无功补偿设计提供借鉴。关键词：分布式；无功补偿；荒山光伏电站；电气设计分类号：TM761+.10引言光伏电站作为一种新型能源发电站，其发电原理不同于常规旋转电机，而是利用电力电子元件将直流电转换为交流电。在电能形式转换过程中，为保障电网的可靠性，需在电能的有功功率转换的同时考虑相关的无功功率补偿。文章旨在探索可利用于荒山光伏电站的分布式无功补偿系统，满足电网的无功补偿要求，且便于工程施工。1工程概况英利林州东岗 30 MWp 地面光伏电站工程位于河南省林州市东岗镇，电站规划总装机容量为 30 MWp，属于大型荒山光伏电站。电站所在土地为未利用荒山，地貌基本为山地，场区地形较复杂，光伏场区分布较分散，场内集电线路较长1。1.1 电站主接线方案英利林州东岗 30 MWp 地面光伏电站内共安装126 720 块 250 Wp 多晶硅电池板，每 22 块电池板串为1 组，共 5 760 组；每 192 组电池板为 1 个 1.1 MWp 光伏方阵，全站共 28 个 1.1 MWp 光伏方阵。每个 1.1 MWp光伏方阵配置 12 台 16 路汇流箱、2 台 10 路汇流箱，每组电池板额定输出电压为 668.8 V。电池组串至汇流箱之间用 1 kV 光伏专用电缆连接，汇流箱至逆变器房之间用 1 kV 光伏专用电缆连接，所有 1.1 MWp 光伏方阵由 14 回电缆引接到逆变器房。每个 1.1 MWp 光伏方阵内设 1 座一体化光伏逆变器房，每个逆变器房内安装有 2 台 500 kW 逆变器，逆变器额定输出电压为交流三相 AC 315 V，50 Hz。一体化光伏逆变器房里的 2 回出线经 1 台双分裂三绕组组合式变压器升压至 35 kV。每台双分裂组合式变压器以1 回 35 kV 电缆出线，全场 35 kV 集电线路采用架空与电缆直埋结合的方式，引至光伏电站内的 110 kV 升压站 35 kV 母线。电站内 110 kV 升压变电站设 1 台 31 500 kVA 油浸式有载调压变压器，110 kV 侧出线 1 回，采用线路变压器组接线；35 kV 侧出线 1 回，进线 3 回，采用单母线接线。电站采用 110 kV 高压架空线路接入东岗工业园 110 kV 变压站2。1.2 电站集电线路方案英利林州东岗 30 MWp 地面光伏电站光伏方阵至 110 kV 升压变电站电能传输采用 35 kV 电缆集电线路3。3 回 35 kV 集电线路，从 110 kV 升压变电站起，分别引至 28 个光伏方阵。其中集电线路分别将 1#方阵 7#方阵发出的电能送至升压站；集电线路分别将 8#方阵 18#方阵发出的电能送至升压站；集电线路分别将 19#方阵 28#方阵发出的电能送至升压站。光伏方阵就地升压箱变经 35 kV 电缆直埋引接至临近升压箱变高压侧，相邻箱变之间采用“手拉手”接线。英利林州东岗 30 MWp 地面光伏电站工程 1#集电线路和 3#集电线路分布如图 1、图 2 所示。超越照明 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明1222无功补偿容量计算为补偿主变压器等设备的无功功率损耗，在 35 kV母线上装设动态无功补偿装置 SVG，动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现任意工况的高功率因数运行。在供出电能时可以平衡无功功率，降低线路无功损耗，从而提高用户的综合节能效益4。根据光伏发电站接入电力系统技术规定（GB/T 199642012）的要求，通过 10 35 kV 电压等级接入电网的光伏电站在其无功输出范围内应具备根据光伏电站并网点电压水平调节无功输出、参与电网电压调节的能力，其调节方式和参考电压、电压调差率等参数由电网调度机构设定；通过 110（66）kV 及以上电压等级接入电网的光伏电站应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节和电压控制能力。根据电网调度机构指令，光伏电站需要自动调节其发出（或吸收）的无功功率，实现对并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应满足电力系统电压调节的要求5。电站运行过程中所能够吸收或发出的无功功率应在一定范围内可以调节功率因数，功率因数可以超前或滞后6。电站中设有 110 kV/31 500 kVA 主变压器 1 台，35 kV/1 000 kVA 组合式变压器 28 台7。电站接入电网后，在电站最大出力下功率因数从-0.95（吸收无功）升至+0.95（发出无功）时，站内汇感性无功之和最大值为 3.67 MVar，故光伏电站应配置的容性无功补偿容量不应小于 3.67 MVar。光伏电站自身容性无功功率之和约为 1 MVar，故光伏电站应配置的感性无功补偿容量不应小于 1 MVar8。当光伏电站功率因数从-0.95（吸收无功）增加至+0.95（发出无功）时，光伏电站出力从 0 增加至24 MW，光伏电站无功调节参数如表 1 所示。光伏电站升压站低压侧短路容量为 230 MVA，若每组电容器容量不超过 6 MVar，则每投切 1 组电容器，电压波动均不超过 2.5%，光伏电站容性无功补偿装置总容量为 4 MVar，直接根据场地布置要求选择分组容量，即可保证相关母线电压与升压站 110 kV 侧功率因数运行于规程规定的范围内，确保每投切 1 组电容器，相关电压波动均不超过 2.5%。考虑到光伏电站出力可能突然增加或减小，为满足光伏电站接入电网后各种运行工况要求，为光伏电站配置动态无功补偿装置（SVG）9。3分布式无功补偿系统技术方案通常，光伏电站内主要无功电源为动态无功补偿装置 SVG。动态无功补偿装置 SVG 设在升压站 35 kV母线侧，动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现任意工况的高功率因数运行，在供出电能时依然可以平衡无功功率，降低线路无功损耗，从而提高用户的综合节能效益10。光伏电站接入时，光伏电站的无功补偿容量应为电站总装机容量的 20%30%，即在 6 9 MVar之间。如果把无功补偿的全部容量安装于光伏电站升压站，会影响光伏电站的无功补偿平衡性，且单纯投资 SVG 无功补偿，装置的设备费会增加。如果能利用每个光伏方阵的光伏逆变器进行无功补偿，不仅可平衡电站的整体无功输出，而且可以减少项目投资11。经过相关调研和计算，在英利林州东岗 30 MWp 地面光伏电站工程可以采用分布式无功补偿系统，在电站光伏场区内，光伏逆变器与 110 kV 升压站内动态无电源架空线长度 0.5 kmSZ11-50000/110电缆长度/km光伏逆变集电线路集电线路光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变03#35 kV03#02#01#2.70.70.20.30.50.80.10.102#04#05#06#07#光伏电站 35 kV 升压站SVG4 000 kVar系统图 1英利林州东岗 30MWp 地面光伏电站工程 1#集电线路分布图电源架空线长度 0.5 kmSZ11-50000/110电缆长度/km电缆长度/km光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变光伏逆变集电线路集电线路电缆分支箱19#21#25#27#26#20#22#23#24#28#35 kV01#02#1.4光伏电站 35 kV 升压站SVG4 000 kVar系统0.23.51.9 0.1 0.40.40.40.30.20.30.40.3图 2英利林州东岗 30MWp 地面光伏电站工程 3#集电线路分布图光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 超越照明123功补偿设备可以联合对光伏电站进行无功出力。110 kV升压站内 SVG 设备容量缩小至 4 MVar，减小的设备配置容量通过光伏逆变器补充12。4分布式无功补偿系统技术优势（1）升压站功率因数超前并远低于标准值，造成分断设备开合困难，当发生单相接地故障时，接地电容电流也将增加，电弧不易熄灭，引起故障扩大。增加感性无功补偿装置后可降低燃弧13。（2）安装无功补偿装置后，可以大幅改善功率因数偏低的现象，经济效益显著，避免了电网公司征收力调费。（3）采用集中与分散相结合的无功补偿装置后，电抗器输出的感性无功可以抵消线路电缆产生的容性充电无功，减少了容性无功引起的电压过高的问题，对发电系统设备的运行安全起到良好作用14。（4）升压站集中无功补偿装置可以实现感性、容性无功的双向补偿，动态跟踪实时补偿，达到自动调节补偿、滤波的功能，防止谐波污染供电环境，满足系统对谐波治理的需求。5结束语在英利林州东岗 30 MWp 地面光伏电站工程项目中可以采用分布式无功补偿系统，可以充分结合光伏电站中的电力电子元件，包括光伏逆变器和静态无功补偿装置（SVG），产生满足电站运行和电站并网调度所要求的无功补偿容量。在大型荒山光伏电站中对无功电力电子元件进行整合，对电站内汇集线路的两段及沿线进行无功补偿，既平衡了整个电站的无功出力，又节省了电站的整体投资。与此同时，采用分布式无功补偿系统还可以降低施工成本和提高施工效率，保证电站无功补偿容量配置的可靠性、安全性及经济性。系统的成功运行可为其他工程提供借鉴。参考文献1 刘建强.低压混合式无功补偿系统的研究与设计D.天津:河北工业大学,2018.2 詹谭博驰.一种分布式智能型无功补偿系统研究J.自动化与仪器仪表,2017(12):50-52.3 简俊威.新能源环境下无功补偿系统的协调控制D.广州:广东工业大学,2018.4 杨壮.基于分布式电源接入的配电网电能质量改善措施分析J.光源与照明,2022(11):170-172.5 吴建鹏,尹杰.山地光伏电站大尺寸光伏组件应用难点及控制措施J.新能源科技,2022,23(5):21-23.6 杨秀,焦楷丹,孙改平,等.考虑负荷多无功用电场景的城市配电网无功优化配置J.电力建设,2022,43(8):42-52.7 国智博,陈锋,王彦昊,等.基于动态无功补偿技术的磁平衡式电流互感器设计J.电工技术学报,2022,37(S1):217-224.8 刘海涛,陈彪,朱林,等.考虑多种无功补偿装置协同优化的电压控制方法J.中国电力,2022,55(11):97-102.9 游建章,郭谋发.集成无功补偿和故障抑制功能的一体化变流器及其控制策略J.电网技术,2022,46(6):2241-2248.10 彭泽森,舒恺,高飞翎,等.基于改进蜉蝣算法的一种新型无功优化补偿方法及其应用J.智慧电力,2022,50(12):41-47.11 唐超,向思屿,曾琢琳,等.基于SVG的供电系统动态无功补偿及谐波抑制J.沈阳工业大学学报,2022,44(6):625-630.12 陈斌,王俊江,王敬华,等.基于电压补偿的定直流电压及无功控制的光伏系统J.电网与清洁能源,2022,38(9):134-142.13 万曦,陆文钦,薛波,等.混合配电变压器无功和电压补偿控制策略研究J.电力电子技术,2022,56(9):41-45.14 刘世超,王银照,郑施,等.抑制直流连续换相失败的光伏无功补偿策略J.计算机仿真,2022,39(9):101-1