针对光伏电站的无功补偿容量配置的问题分析

    针对光伏电站的无功补偿容量配置的问题，本文通过分析已投运的光伏电站的无功需求，电站自身具有的无功提供特性，和实际生产运行数据统计，得出现行电网要求装机容量的20%～40%的无功补偿装置设置偏大，导致无功设备容量闲置浪费，或运行不经济。

    近几年投运的光伏电站数量很多，在运行期间发现电站的无功补偿容量配置上存在偏大的问题，直接致使初期投资，后期维修维护费用增加，和光伏电站无功补偿运行不经济现象。本文通过电站的无功需求和电站的无功提供特性出发讨论了配置过大几个理由。

    1.光伏电站的无功需求

    在电站运行中主要的无功消耗设备就是大量的感性元件—升压变压器，对它的需求认识能从根本上了解配置补偿容量的大小。目前大中型并网光伏发电普遍采用1MWp容量作为一个发电单元，每个单元一台升压变压器，容量为1000KVA，就地升压汇集并网。变压器均为性能较好的S11或其他变压器，其空载和负载损耗相对较小。根据参数测算变压器无功需求。（以我公司光伏10MWp电站为例）其他电站情况类似。

    变压器参数：

    变压器型号：ZGSF11—Z.G—1000/10

    容量：1000KVA；

    短路阻抗：5.1%；

    变压器空载电流比：0.36%

    电站变压器台数：10；

    根据变压器的无功损耗计算公式：

    ……1

    —无功损耗，—空载电流百分数，—短路阻抗百分数，—变压器额定容量，—负载系数

    通过变压器无功需量测算，得出在不同负荷下需要补偿的无功大致数值。

    其中看到最大的无功需要量是546KVar，最小需要量36KVar，根据统计光伏发电的平均发电负荷在60%左右，就是无功需量200KVar左右，显然按照电网要求的最低无功补偿容量20%计，即2000KVar，远远超出，即便按照最大的需求量计算应该在600Var左右，仅为要求配置容量的33%。加上余度考虑最多50%，即总补偿的容量不超过总装机容量的10%。

    2.光伏电站自身分布电容具有补偿功能

    2.1 注意到光伏电站在夜间停止发电时段内关口计量的反向无功电量增长数值为零，大致可以确定站内的分布电容量提供的无功与空载时的变压器时消耗的无功量相当或稍大。对于站内敷设电缆、输出线路长度较长的光伏电站而言，分布电容量会更大些。

    2.2 逆变器具有无功调节的功能。光伏电站中能够提供无功的设备中除了补偿装置外还有逆变器。作为光伏电站的关键设备，不仅有将直流电转换成交流电的功能外，还具有有、无功调节的功能，在逆变器处于额定转换功率内时，可以自动进行无功输出量的调节，以此可以保持电站无功平衡。如在低功率输出阶段，逆变器保持较低的有功输出，同时保证有适量的无功输出，使得在电站运行在低功率阶段时没有必要投入专门的无功补偿装置来进行补偿。

    3.实际光伏电站补偿装置运行情况

    装机10MWp的光伏电站内设置三套容量为700KVar的电容组补偿装置，投切方式是手动投切，以单组投入时电站总体无功输出在+300KVar—+700KVar间变化，单组切除后波动范围在—300KVar—+300KVar间，显然投入三分之一的配置补偿容量来看也已经过补了。

    以总装机容量20MWp光伏电站的无功补偿装置类型为SVG，补偿容量4000KVar为例，运行中出现的最大无功需求为1500KVar，通常在1000KVar左右波动，按照最大需求计算也仅为为要求配置容量的37.5%，多余设置了一半以上的容量。

    4.容量设置过大的负面影响

    过大的容量配置要求增加了设备购置、安装、维护费用。造成初期投入增加，后期维护量增加。单组电容器组容量过大时会造成过补偿现象，同时也会引起电站侧电压抬升过大，引起过电压的可能性增加。由于存在着容量越大基础损耗增加越大的情况，会造成补偿变压器的空载损耗、装置的冷却损耗等损耗的增加；比如4000Kvar的补偿装置的基础损耗显然要比2000Kvar的要大的多。总之，会造成成本过高、费用增加、使用效率和经济效益的降低。

    5.结论

    根据光伏电站无功需求量的测算和电站自身分布电容容量估计，及实际光伏电站运行中的统计来看，电网要求光伏发电站的补偿容量配置远远超出了实际需求容量。对光伏电站的运行存在着加大的负面影响。<