解析光伏电站的无功补偿技术

摘要：本文结合实际，对光伏电站的无功补偿技术进行研究。首先阐述光伏电站的电气系统结构内容，其次对并网光伏电站的无功需求与技术进行研究。希望论述后，可以给相关工作人员提供参考。关键词：光伏电站；无功补偿；技术要点光伏电站的电气系统结构并网光伏发电系统内，重要包含光伏阵列、汇流箱、逆变器、变压器等部分这些对于系统的运行产生直接的影响,光伏阵列中，发电电源并列设置多个光伏组串，利用汇流箱串联使用。汇流箱中有多个光伏电流汇集到逆变器内，然后把电压调和智能到270V或315V的交流线，然后利用升压变压器直接转换为35kV后，并入到相应的电网内。光伏电站内一般都会布置升压变压器，把35kV直接提升到llOkV,并且和电网进行连接。根据系统运行的要求，选择合适的升压变压器，容量以及数量都符合电网运行的要求，因为太阳光照强度并不是固定的，一般都是随机变化的，为了保证太阳能可以充分的利用，一般都会在光伏逆变器会利用单位功率因素会的最大功率点跟踪管控。同时，要想使得入网标准和并网功能符合要求，光伏逆变器选择多种方式，选择合适的控制方法。并网光伏电站的无功需求并网光伏电站的无功需求主要是因为升压变压器、输电线路、光伏逆变器等设备所形成的，其中在白天发电的情况下，变压器的无功损耗方面占据主要的部分，而夜晚停止发电的失衡，其充电功率占比较大。光伏逆变器的无功功率按照目前我国的国家标准，光伏并网逆变器输出功率通常为10%-100%之间，光伏并网逆变器在运行中，根据运行的需要进行因数的调节，这就说明在光伏逆变器可以根据需要调整无功功率，达到额定功率30%的无功支持要求。典型的1MW光伏升压变压器给网络提供0.3Mvar左右的无功功率。在具体的应用中，光伏逆变器会选择使用单一功率因数调整方式。因此，无功功率补偿方式的应用,因为逆变器根据需要应用无功功率方式控制。2.2变压器的无功损耗光伏电站的变压器在运行中，主要包含两种：第一种和光伏逆变器连接的双裂升压变压器，电压为35KV；第二种为光伏电站并网之前应用的升压柱变压器，电压等级和电网是完全相同的，为llOkV。变压器消耗的无功功率QT包括空载无功损耗QO.T和负载无功损耗QP.T：Q1—&T T ⑴变压器空载无功损耗即为变压器固定损耗参数，按照下式计算：O—An%g ⑵%1001NT变压器的负载无功损耗与变压器运行情况存在直接关系，根据下式计算：式中，ud%为变压器短路电压百分比，10%为变压器空载电流百分比，SN.T为变压器额定容量，ST为变压器的实际负荷，PPV为通过变压器传输的光伏功率。额定容量之下的损耗根据下式计算：汕+咖环"W0陥 ⑷变压器无功损耗需要进行光伏功率编导与设计，根据下式确定:从上述计算公式可以发现光伏功率发生变化的情况下，容易导致无损功率变化，即使其光伏功率发生1倍变化，也会导致无功损耗达到2倍。因为太阳光照有很大的变化，夜晚的光照为零，变压器会处于空载运行的情况，所以光伏电站无功损耗在全天内发生很大变化。2.3线路的无功功率光伏电站内，线路有升压与主编之间线路和主变到并网内设置架空线路，线路无功损耗为分布电抗形成损耗与线路电容所形成的容性和功率综合。按照下式计算：0TF彳汩約Xjcs)虽然在夜晚没有任何光照，且光伏电站输出功率为零，所以在夜晚的运行中,无功功率就是容性充电功率。光伏电站无功功率的变化特性因为光照昼夜发生周期性变化，白天处于随机变化的状态，光伏电站无功功率的变化也会随着上述变化而变化。假设该系统内设置有一台100MVA/110kV主升压变压器，并且安装有80台35kV光伏升压变压器，其选择使用1600kVA/35kV双分裂变压器，在每一个变压器的低压一侧都会设置两台625kW逆变器，以工作的情况进行单位功率因素确定，每一个光伏升压变压器汇集到电缆上的距离为0.5km。具体参数可见表1、表2。表1盘怪懵載裁变圧弱塑号(MVA)空戟损疑<kW)知.席扭耗rlw)空SJ电海阳(%)I.61$0.66HOkV主变10058.2如」0.IJIQ24^2蜒蹈参费■UH1电抗电轴＜S/km)充电功率CMvar/Xmiaskv电渥0.210.07£5x1(/D.DG74光伏电站的功率变化

大无功要保证光伏功率变化控制在15%左右。光伏电站夜晚容易给电网内注入容性功率，造成线路内电压升高，所以要设置相应的感性无功补偿；日间光照强度较高，光伏电站可以从网站内吸收比较多的感性无功功率，导致线路损耗严重，所以在系统内必须布置容性无功功率。5并网光伏电站的无功补偿技术方案经过上述分析，光伏电站无功功率会因为全天的变化情况而变化，且有容性无功功率补偿与感性无功功率补偿同时存在的情况。因为STATCOM具备感性和容性双向无功补偿的优势，且反应的速度很快，所以就会形成光伏电站无功补偿为最佳选择。此外，因为光伏电站夜晚容性无功较之白天发电会产生比较小的感性无功，所以如果单纯的应用STATCOM补偿，需要的容量较高，且感性无功输出利用率较低，无法满足运行要求。根据目前的无功变化的要求，将STATCOM安装到线路上。方案1——光伏逆变器参与无功补偿光伏逆变器的优势较为明显，其主要作用是输出感性或者容性无功功率能力因为光伏逆变器每日的不同时段发生不同运行的情况，所以在光伏逆变器智能在白天运行中补偿升压变压器感性无功，所以逆变器会出现容性无功，并且落实就地补偿的方式。如果选择应用双分裂变压器的形式，每一个光伏逆变器所产生的容性无功只是原有设定的1/2。如果安装的光伏逆变器功率是一致的，则其输出无功按照下式计算：根据需要选择应用就地补偿方法，保证无功损耗有效的控制，确保STATCOM感性无功输出小于光伏电站夜晚容性充电功率，所以根据下式计算：方案2——光伏逆变器不参与无功补偿光伏逆变器不会参与到无功补偿中，通过单因素参数控制，通过STATCOM与FC共同补偿谐波。通过分析确定，白天额定输出中，感性无功功率比较大，而夜晚发生的最大容性无功之后白天的1/2，所以应用到STATCOM与FC容量只有白天的一半，即5结论（1）在白天阳光直射的情况下，光伏电站无功是在升压变压器运行中所形成的无功损耗，且无功功率会伴随着昼夜变化而变化，同时云彩的存在也会导致无功功率发生变化。（2）在夜晚时，线路内的容性充电功率为系统内主要存在的无功功率源头。（3）光伏电站宜设置STATCOM+FC或STATCOM+TSC的组合形式补偿系统，并且利用STATCOM容量可以达到白天额定有功输出的标准要求，达到无功补偿的要求，也会符合夜晚的无功补偿标准。（4）FC的容量应不大于STATCOM的容量。参考文献：陈波•集中式光伏电站动态无功补偿的研究与应用[J].中国化工贸易,2019,11（9）:147.张中彬.光伏电站的无功补偿技术分析[J].建筑工程技术与设计,201&（13）:5021，2741.doi:1