隨著全球能源消耗的不斷增長，正當石油天然氣能源漸見拮據(jù)、煤炭能源污染加劇、電供應(yīng)日益成為"卡脖頸"問題的時候，太陽能引起了人們更多的關(guān)注。近年來，由于全國各地新的光伏政策的不斷出臺，各類有關(guān)于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的利好消息日漸增多，各地出現(xiàn)了一片光伏電站的搶裝熱潮，與此同時也帶動了光伏相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。
光伏發(fā)電作為一種新型能源，正在被人們所認識與接受。2013年，全國各地均出現(xiàn)了光伏電站的搶裝潮，隨著光伏電站并網(wǎng)比例的不斷升高，光伏電站中無功補償?shù)耐度肱c建設(shè)成本成為學(xué)者及設(shè)計人員關(guān)注的焦點。文章通過對大型光伏電站無功損耗的計算，選擇出合理的補償容量，與使用傳統(tǒng)的無功補償容量配置計算方法進行比較，得出無功補償容量的最優(yōu)配置原則。
靜止無功發(fā)生器(SVG)作為靜止無功補償器(SVC)的更新?lián)Q代產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用在各光伏電站中。文章選取青海當?shù)?座20MW光伏電站為項目案例，對該電站的無功損耗進行計算，得出該電站無功補償裝置的容量配置，并與傳統(tǒng)無功補償裝置容量配置進行比較，得出光伏電站無功補償裝置容量最優(yōu)配置方案。
1 光伏電站無功損耗
光伏電站無功損耗計算主要為線路無功損耗計算、變壓器無功損耗計算?？赏ㄟ^計算以上損耗之和得出無功補償所需配置容量。
1.1 線路無功損耗計算
QL=3I2X
QL-線路電抗產(chǎn)生的無功損耗，kvar;I-線路額定功率下電流，A
I=P/(√3 U cos ?椎)
P-線路額定功率，kW;U-線路額定線電壓kv;cos -功率因數(shù);X-線路等值電抗;
X=xL
x-導(dǎo)線單位長度電抗，Ω/km;L-線路長度，km。
1.2 單臺變壓器無功損耗計算
-變壓器無功損耗，kvar; -變壓器短路電壓百分比; -變壓器空載電流百分比; -負載系數(shù); -變壓器額定容量，kvA.
1.3 系統(tǒng)無功功率損耗
Q=QL+QT
2 典型光伏電站無功損耗計算
文章選取青海當?shù)?座20MW光伏電站為項目案例，該電站裝機容量為20MW，分為20個1MW光伏發(fā)電單元，20個發(fā)電單元通過方陣內(nèi)匯流箱進行1級匯流后，經(jīng)20個逆變升壓單元逆變升壓后，由3個集電回路將電能送入到開閉站3個高壓開關(guān)柜中，最終送入到公網(wǎng)以實現(xiàn)電站并網(wǎng)。
2.1 電站集電線路無功損耗計算
由于光伏并網(wǎng)電站為電源端，在一般情況下只給電網(wǎng)提供有功電能，即將太陽能光伏陣列的直流電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電能虧送給電網(wǎng)，故光伏方針內(nèi)低壓集電電纜不作為光伏電站線纜無功損耗的主要因素，本次對光伏電站集電電纜無功損耗的計算主要為35kv集電電纜的無功損耗、200米35kv送出線纜無功損耗、6km架空線路無功損耗。
2.1.1 35kv集電線路產(chǎn)生無功損耗
由于該電站使用YJV22-35kv-3x70電纜作為集電電纜，3個回路集電電纜用量如表1所示：
表1
各集電回路電流為表2所示：
表2
查表3得YJV22-35kv-3x70電纜單位長度電抗為x=0.132 Ω/km
集電回路無功損耗為表3所示：
表3
2.1.2 光伏電站至站外桿塔電纜無功損耗
本站35kv送出電纜使用YJV22-35kv-3x240電纜，電纜單位長度電抗為x=0.0916 Ω/km
35kv送出線路無功損耗為表4所示：
表4
2.1.3 架空線路無功損耗
本站架空線路使用LGJ-240鋼芯鋁絞線，鋼芯鋁絞線單位長度電抗為x=0.386 Ω/km
架空線路無功損耗為表5所示：
表5
綜上，線纜無功損耗為：20.8+5+625.32=651.12 kvar
2.2 變壓器無功損耗計算
該電站共計20個光伏發(fā)電單元，每個光伏發(fā)電單元裝機容量為1MW，1MW光伏發(fā)電單元系統(tǒng)圖如圖1：
如圖1，每個光伏發(fā)電單元由若干匯流箱組成1級匯流單元，由2臺直流柜構(gòu)成2級匯流單元，由2臺0.5MW逆變器及1臺 S11-1000kvA，35/0.3-0.3kv組成逆變升壓單元。光伏發(fā)電單元中，由于逆變器本身具有無功補償效果，故只需計算20臺箱式變壓器無功損耗。
箱式變壓器參數(shù)：
型號：S11-1000kvA，35/0.3-0.3kv
容量：1000kvA 短路阻抗：6.5%
變壓器空載電流比：0.31% 變壓器臺數(shù)：20
下列計算方法為單臺變壓器無功損耗計算方法
則，該電站20臺箱式變壓器無功損耗計算方法為：
可得出變壓器在不同負荷情況下所產(chǎn)生的無功損耗，如表6：
通過對變壓器各負載情況下的無功損耗計算可以得出，變壓器最小負荷情況下所消耗的無功損耗為62kvar，滿負荷情況下所消耗的無功損耗為 1362kvar。根據(jù)對青海當?shù)匾呀ǔ刹糠止夥娬镜钠骄l(fā)電負荷的統(tǒng)計得知，20MW光伏電站的平均發(fā)電負荷約為70%左右，即變壓器在70%負荷情況下無功損耗為699kvar，此時系統(tǒng)無功功率損耗
Q=QL+QT=651.12+699=1350.12kvar
通過以上計算，可為該電站配置補償容量為1.4MVar的無功補償裝置。依據(jù)傳統(tǒng)無功補償容量的算法可得出，20MW光伏電站需配置的無功補償容量約為電站裝機容量的的10%左右，即2MVar，通過對比可以看出，如依據(jù)傳統(tǒng)算法對無功補償裝置的容量進行計算，以一個20MW的電站為例，大約會造成月 700kvar的裝置容量浪費，多余補償容量約占總配置容量的35%。
3 補償容量過大的危害
無功補償裝置容量配置過大不但會增加項目的投資成本，造成項目投入的浪費，而且可能會出現(xiàn)過補償情況，造成站端電壓升高，引起過電壓情況的發(fā)生。近年來，大量光伏電站中的無功補償裝置多為降壓式成套無功補償裝置，其物理結(jié)構(gòu)由降壓變壓器及無功補償成套控制柜組成，降壓變壓器的容量及大小多與無功補償裝置的容量成正比，即補償裝置容量越大，變壓器的安裝容量及尺寸越大，相應(yīng)的變壓器基礎(chǔ)也越大，如不合理配置無功補償裝置的容量，造成補償容量配置過大，則會造成補償裝置變壓器的空載損耗及裝置冷卻損耗的增加，降低設(shè)備使用效率及經(jīng)濟效益。
4 結(jié)束語
國家能源局發(fā)布的《國家能源局關(guān)于下達2014年光伏發(fā)電年度新增建設(shè)規(guī)模的通知》中提到2014年國內(nèi)新增總規(guī)模1400MW，由此可以看出在未來1年甚至多年中，光伏發(fā)電仍舊是國家所扶持的新興能源行業(yè)，盡管光伏電站中的逆變器早已實現(xiàn)了無功調(diào)節(jié)的功能，但光伏電站需具備一定的無功備用容量用以在電網(wǎng)故障或異常時，向電網(wǎng)提供無功支持，防止電壓崩潰已成為光伏電站設(shè)備配置的硬性要求，合理地計算光伏電站的無功損耗，得出合理的無功補償容量配置可避免依靠傳統(tǒng)算法配置過大容量的無功補償裝置，致使光伏電站無功補償裝置的投資浪費，從側(cè)面加大光伏電站的投資回報。
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