新能源 光伏电站无功补偿分析 景 迁 （北京清芸阳光能源科技有限公司，北京 １０００８５） ［摘要］ 光伏电站无功补偿容量应结合接入电网的情况来选择，容性无功补偿容量应为变压器无功损耗、线路无功损 耗及线路充电功率之和，感性无功补偿容量应能补偿全部线路的充电功率。针对光伏电站无功补偿容量配置 问题，以实际光伏电站工程为例，给出了光伏电站无功补偿容量的计算过程。 关键词 光伏电站无功补偿ＳＶＧ充电功率 中图分类号ＴＭ６１５ ０引言 在国家一系列配套的支持下，国内光伏电站近几 年迎来了爆发式的增长，但各地区光伏电站的无功补偿容 量配置有较大的偏差。无功补容量选择不当，可能会增加 投资成本，造成供电系统电压波动、谐波增大等，而合理 选择无功补偿容量可提高电网的功率因数，减少电能输送 的损耗，提高电能质量，因此在实际工程中应根据光伏电 站内汇集线长度、送出线路长度、升压变压器、接入电网 的情况等来确定无功补偿容量。 １计算方法 （１）变压器无功功率损耗计算式为： ＱＣＢ．ｍＩ［ 昔＋ ］．ｓｅ ㈩ 式中， 为变压器无功损耗，ｋｖａｒ；Ｕｄ 为变压器阻抗 电压百分数；Ｌ为变压器的最大负荷电流；Ｉ 为变压器的 额定电流； 为变压器空载电流百分数；Ｓ 为变压器的 额定容量，ｋＶＡ。 （２）线路无功损耗计算式为： Ｑｌ －－３１：・ＸＸ １０ （２） 式中，Ｑ。 为线路无功损耗，ｋｖａｒ； 为相电流，Ａ；Ｘ为 每相线路电抗，Ｑ。 Ｘ—ｚ・Ｌ （３） 式中， 为线路单位长度电抗，，ｑ／ｋｉｎ；Ｌ为线路计算长 度，ｋｍ。 （３）线路充电功率计算式为： Ｑ一一Ｂ・ ×１Ｏ —ｂ Ｌ・ ×１０ （４） 式中，Ｑｃ为线路充电功率，ｋｖａｒ Ｕ为线路额定线电压， ｋＶ；Ｂ为导线电纳，ｓ；ｂ为导线单位长度电纳，Ｓ／ｋｉｎ； Ｌ为线路计算长度，ｋｍ。 ２光伏电站并网工程实例 某山地光伏电站光伏组件装机容量为２１．９２ＭＷ，共 收稿日期：２０１６—０６－２８ 作者简介：景迁（１９８２一），工程师，从事电力工程设计工作。 １２６ ｊ ｗｗｗ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔ ｌ中国电工网 有２０个发电子系统，每个子系统容量为１．０９６ＭＷ。组件 阵列发出的直流电通过逆变器转换为３１５Ｖ交流电后，经 升压变压器升压到３５ｋＶ；２０台升压变压器通过４条３５ｋＶ 线路汇集到３５ｋＶ开关站，以１回３５ｋＶ线路送出至上级 电网１１０ｋＶ变电站的３５ｋＶ母线。光伏电站系统接线示意 图如图１所示。 上级电网１１０ｋＶ变电站３５ｋＶ母线 升压变压 逆变器 汇流箱 太阳能 电池阵列 图２光伏电站系统接线示意图 ２．１主要计算参数 ２．１．１线路长度 （１）光伏场区３５ｋＶ汇集线路：＃５升压变一＃４升压 变一＃３升压变一＃２升压变一＃１升压变一开闭所，电缆 长度共计０．７８５ｋｍ；＃１０升压变一＃９升压变一＃８升压 变一＃７升压变一＃６升压变一开闭所，电缆长度共计 １．２６ｋｍ；＃１５升压变一＃１４升压变一＃１３升压变一＃１２ 升压变一＃１１升压变一开闭所，电缆长度共计０．８５ｋｍ， 架空线长度共计０．７ｋｍ；＃２０升压变一＃１９升压变一＃ １８升压变一＃１７升压变一＃１６升压变一开闭所，电缆长 度共计０．９ｋｍ，架空线长度共计ｌｌ ｌｋｍ。需要注意的是， ＃１６升压变至开闭所、＃１１升压变至开闭所采用ＬＧＪ一９５ 架空线路，其余均采用ＺＲ－ＹＪＶ２２—２６／３５ｋＶ ３×７０电缆线 路。由此可知，电缆长度合计３．７９５ｋｍ，架空线长度合计 １．８ｋｉｎ。 （２）３５ｋＶ送出线路：光伏电站３５ｋＶ开闭所至上级电 网１１０ｋＶ变电站３５ｋＶ母线为送出线路，线路１回，其中 Ｉ ＧＪ一２４０架空线长度为８ｋｉｎ，ＺＲ－ＹＪＶ２２—２６／３５ｋＶ １× ３００ｍｍ２电缆长度为０．２ｋｉｎ。 新能源 ２．１．２线路参数 线路充电功率占总充电功率的２０ 左右。 为减少计算量，可近似计算容性无功补偿容量，只考 虑升压变压器的无功损耗、３５ｋＶ送出架空线路的无功损 光伏电站线路参数：ＺＲ－ＹＪＶ２２－２６／３５ｋＶ ３×７０电缆电 抗为０．１２３ａ／ｋｍ，电纳为３９．６６Ｓ／ｋｍ；ＺＲ－ＹＪＶ－２６／３５ｋＶ １×３００电缆电抗为０．０９４ ｋｍ，电纳为５４．７９ｓ／ｋｍ；ＬＧＪ～ ９５架空线电抗为０．４Ｑ／ｋｍ，电纳为３．２３ｓ／ｋｍ；ＬＧＪ－２４０架 空线电抗为０．３７ｎ，／ｋｍ，电纳为３．２１ｓ／ｋｉｎ。 ２．１．３变压器参数 光伏电站采用箱式升压变压器，容量为１ ０００ｋＶＡ， 电压为３７／０．３１５—０．３１５ｋＶ，短路阻抗百分数为６．５％，空 载电流百分数为１ 。 ２．２无功补偿容量计算 ２．２．１准确计算 根据线路及变压器的参数，光伏电站充电功率和无功 功率损耗计算见表１，其中正号表示无功功率损耗，负号 表示线路充电功率。 表１光伏电站无功功率损耗及充电功率 光伏电站配置的容性无功补偿容量，应为升压变压 器、站内汇集线路、送出线路的无功损耗及线路充电功率 之和，感性无功补偿容量应能补偿全部线路的充电功率。 光伏电站配置容性无功补偿容量为２ ７５４．０８ｋｖａｒ，感性无 功补偿容量为２４４．２３ｋｖａｒ。 正常情况下，光伏电站３５ｋＶ并网点三相电压允许偏 差为±１Ｏ 。变压器的和线路的无功损耗与电压的平方成 反比，线路的充电功率与电压的平方成正比。当并网点电 压为９Ｏ 倍额定电压时，光伏电站配置的容性无功补偿容 量为３ ７０１．６２ｋｖａｒ，感性无功补偿容量为１９７．８３ｋｖａｒ；当 并网点电压为１１０ 额定电压时，光伏电站配置的容性无 功补偿容量为２ ４２８．６３．１ｋｖａｒ，感性无功补偿容量为 ２９５．５２ｋｖａｒ。综上所述。光伏电站需配置的容性无功补偿 容量为３ ７０１．６２ｋｖａｒ，感性无功补偿容量为２９５．５２ｋｖａｒ。 由于实际工程中的计算结果取整，因此光伏电站需配置的 容性无功补偿容量为３ ８００ｋｖａｒ，感性无功补偿容量为 ３００ｋｖａｒ。 ２．２．２近似估算 由表１可知，升压变压器无功损耗占总无功损耗的比 例接近６０％，送出线路无功损耗占总无功损耗的比例接近 ４０％，场区全部线路无功损耗占总无功损耗的比例不到 ｌ ；电缆线路充电功率占总充电功率的８０ 左右，架空 耗和３５ｋＶ电缆线路的充电功率。在电压为３５ｋＶ的０．９ 倍时，需配置的容性无功补偿容量为３ ５０６．Ｏｌｋｖａｒ，误差 在５ 左右。 升压变压器的无功需求约为光伏电站总容量的８ ， 整个光伏电站无功需求约为光伏电站总容量的１７ 。若光 伏电站并网工程采用一次升压，则其无功补偿容量可按光 伏电站总容量的２０ 近似估算配置（考虑部分余量）。在实 际工程中，部分光伏电站接入电网需要两次升压接入系 统，其中二级升压以３５ｋＶ／１ｌＯｋＶ升压最为常见，一般 ３５ｋＶ／１１０ｋＶ升压变短路电压百分值为１Ｏ．５ ，空载电流 百分值为ｏ．６７ ，变压器容量为２０ＭＶＡ，该变压器无功 损耗为２ ６５６．５５ｋｖａｒ，则无功补偿容量可按光伏电站总容 量的３０ 近似估算配置。 一般电力系统对中小型光伏电站无功和电压调节要求 较低，只需补偿自身消耗的无功功率，补偿目标为保证并 网点无功功率因数在１附近，因此光伏电站的无功补偿容 量可按照上述近似估算方法配置。但是大型光伏电站对电 力系统的影响较大，电网要求对其进行直接调度以保证电 力系统的稳定，无功补偿容量需留有一定裕度，因此光伏 电站的无功补偿容量按照４Ｏ％左右配置。 在实际工程应用中，各工程的升压变压器容量和光伏 场区的线路相差不大，而送出线路的距离变化较大，对无 功损耗有一定的影响。在送出线路较长的情况下，无功补 偿容量应适当放大；在送出线路较短的情况下，无功补偿 容量可适当减小。 ２．３无功补偿装置 目前，光伏电站运用较多的是静止性无功发生器 （ＳＶＧ）。相对于普通的电容器组，ＳＶＧ价格较高，但容量 可连续调节，且响应时间快（５～ｌＯｍｓ）。 光伏电站中的逆变器也能调节有功和无功的输出。逆 变器在低于额定功率输出时，可有适量的无功输出，因此 当电站运行在低功率阶段时可减少无功补偿装置投入的无 功补偿容量。而目前光伏电站达到满功率运行的时间很 短，大多在低于额定功率的情况下运行。根据目前国内已 建成的光伏电站运行情况统计，光伏发电的平均发电负荷 在６Ｏ 左右。 ３结束语 针对光伏电站无功补偿容量配置给出了计算方法，以 某光伏电站工程为实例对光伏电站容性和感性无功补偿容 量进行计算，给出计算结果，且所用计算方法能推广到各 种光伏电站无功补偿容量配置，对光伏电站无功补偿容量 的配置选择具有指导意义。该光伏电站投运后，其并网点 功率因数均能达到国家标准规定的要求。 ２０１６Ｉ １１（Ａ）期Ｉ １２７
