光伏電站無功補(bǔ)償容量配置研究

光伏電站無功補(bǔ)償容量配置研究

0光伏電站無功補(bǔ)償裝置配置應(yīng)根據(jù)電壓分通常，有必要通過向電網(wǎng)提供能源行的能源，而電網(wǎng)的能源行的電力能力只能通過向電網(wǎng)提供能源行的能源。確保供電具有相同頻率和相位的能源，并確保供電具有較高的濾波能力。但光伏電站應(yīng)具備一定無功備用容量,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。光伏電站參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)方式包括調(diào)節(jié)光伏電站并網(wǎng)逆變器的無功功率、無功補(bǔ)償設(shè)備的投入量和光伏電站升壓變壓器的變比。光伏電站無功補(bǔ)償裝置配置應(yīng)根據(jù)光伏電站實(shí)際情況,如安裝容量、安裝形式、站內(nèi)匯集線分布、送出線路長度、接入電網(wǎng)情況等進(jìn)行無功電壓專題研究后確定。在光伏電站設(shè)計過程中,若需精確配置無功補(bǔ)償裝置,詳細(xì)計算。1計算方法1.1無功損耗和電納更新線路等值電路如圖1所示。圖1中,分別以R、X、G、B表示線路的電阻、電抗、電導(dǎo)和電納。線路無功損耗為線路的電抗產(chǎn)生的無功損耗和電納產(chǎn)生的線路充電功率之和。QL為線路電抗產(chǎn)生的無功損耗,kvar,計算公式為:式(1)中,I為線路額定功率下電流,A,計算公式為:式(2)中,P為線路額定功率,kW;U為線路額定線電壓,kV;cosφ為功率因數(shù)。X為線路等值電抗,Ω,計算公式為:式(3)中,x為導(dǎo)線單位長度電抗,Ω/km;L為線路長度,km。1.2線路放電頻率QC為線路電納產(chǎn)生的充電功率,kvar,計算公式為:式(4)中,U為線路額定線電壓,kV;f為電力系統(tǒng)頻率,取值50Hz;C為導(dǎo)線單相對地電容,μF;c為單位長度導(dǎo)線單相對地電容,μF/km。1.3變壓器視在功率s變壓器無功損耗計算公式為:式(5)中,QT為變壓器無功損耗,kvar;UK%為變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù);I0%為變壓器空載電流百分?jǐn)?shù);S為變壓器的視在功率,kVA;SN為變壓器額定容量kVA。2光伏電站主要工藝系統(tǒng)某并網(wǎng)光伏電站設(shè)計容量30MWp,共分為30個子系統(tǒng),電氣設(shè)備還包括8座分支箱和一座開閉站。每個子系統(tǒng)容量為1MWp,包括兩組太陽能單晶硅電池陣列,每組0.5MWp,電池陣列所發(fā)直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為0.27kV交流電,用升壓變壓器升壓至35kV,30臺升壓變壓器經(jīng)35kV匯集線路分別接入8座分支箱,其中前7座分支箱各接帶4個子系統(tǒng),第8座分支箱接帶2個子系統(tǒng),再經(jīng)匯集線路由分支箱引入開閉站,最后以單回線路接入110kV某變電站35kV側(cè),光伏電站子系統(tǒng)接線示意圖如圖2所示,光伏電站并網(wǎng)工程示意圖如圖3所示。3主要計算參數(shù)3.1匯流網(wǎng)vf1)0.27kV線路。每個子系統(tǒng)內(nèi)部的逆變器出口至升壓變?yōu)?.27kV電纜線路,每相由4根ZR-YJV-0.6/1kV-1×50電纜并列使用,單根長0.01km。2)35kV匯集線路。匯集線路全部使用ZR-YJAV22-26/35kV-3×50電纜,匯集線路長度統(tǒng)計見表1。3)35kV送出線路。光伏電站35kV開閉站至110kV變電站35kV側(cè)為送出線路,線路回路數(shù)為一回,由兩段線路組成,其中LGJ-240架空線路2.5km,YJV62-26/35kV-1×400電纜線路1.3km。3.2線路參數(shù)光伏電站使用的線路參見表2。3.3y/s11-s11型箱變光伏電站升壓變壓器采用ZGS11-Z.G-1250/35型箱變,容量1250kVA,電壓38.5±2x2.5%/0.27-0.27kV,接線組別Y/d11-d11,短路電壓百分值為6.7%,空載電流百分值為0.4%。4計算非補(bǔ)償能力的功率補(bǔ)償能力4.1光伏電站的無功檢測能力根據(jù)以上線路、升壓變壓器規(guī)格及參數(shù),經(jīng)計算,光伏電站無功功率損耗及充電功率見表3。表中,正號表示無功功率損耗,負(fù)號表示線路充電功率。光伏電站容性無功補(bǔ)償容量應(yīng)為光伏電站額定出力時升壓變壓器無功損耗、線路無功損耗及線路充電功率之和,其配置的感性無功補(bǔ)償容量應(yīng)能夠補(bǔ)償光伏電站零出力時全部線路充電功率。由表3可知,在計算電壓為35kV時,光伏電站需配置容性、感性無功補(bǔ)償容量為2222.53kvar、852.07kvar。正常運(yùn)行時,光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)點(diǎn)的三相電壓允許偏差為額定電壓值的±7%。變壓器及線路無功損耗與電壓的平方成反比,而線路的充電功率與電壓的平方呈正比,經(jīng)計算,當(dāng)光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)點(diǎn)電壓為0.93倍額定電壓時,光伏電站需配置容性、感性無功補(bǔ)償容量為2827.49kvar、727.37kvar;當(dāng)光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)點(diǎn)電壓為1.07倍額定電壓時,光伏電站需配置容性、感性無功補(bǔ)償容量為1722.63kvar、962.85kvar。綜上所述,經(jīng)計算光伏電站需配置容性、感性無功補(bǔ)償容量為2827.49kvar、962.85kvar。為了增強(qiáng)光伏電站低電壓耐受能力,降低脫網(wǎng)概率,建議光伏電站安裝動態(tài)靜止無功補(bǔ)償器(SVC)或靜止無功發(fā)生器(SVG),將計算結(jié)果取整,容性無功補(bǔ)償容量為3.0Mvar,感性無功補(bǔ)償容量為1.0Mvar。4.2無功容性無功補(bǔ)償容量由計算結(jié)果看出,升壓變無功損耗所占總無功損耗的比例接近70%,送出線路中的架空線產(chǎn)生的無功損耗占總無功損耗22%以上,光伏電站全部電纜線路產(chǎn)生的無功損耗所占比例約為8%;送出線路中的架空線容性無功充電功率所占總充電功率的比例不足1%,0.27kV線路電納產(chǎn)生的容性無功充電功率更低,35kV電纜線路容性無功充電功率所占總充電功率比例在98%以上。為減少計算的工作量,可進(jìn)行近似計算,其容性無功補(bǔ)償容量只需考慮升壓變無功損耗、35kV送出線路無功損耗和35kV電纜線路產(chǎn)生的充電功率,在電壓為35kV時,需配置容性無功補(bǔ)償容量為2113.88kvar,與第4節(jié)相比,誤差在5%以下。若只考慮35kV匯集電纜線路和35kV送出電纜線路產(chǎn)生的充電功率,在電壓為35kV時,需配置感性無功補(bǔ)償容量為843.56kvar,計算誤差在1%以下。4.3光伏電站并網(wǎng)工程采用0.32kv、33kv、32kv、32kv油在容性無功補(bǔ)償容量配置問題上,實(shí)例中光伏電站并網(wǎng)工程采用一次升壓,即0.27kV升壓至35kV并網(wǎng),其容性無功補(bǔ)償容量可按光伏電站總?cè)萘康?0%配置?？紤]光伏電站容量對接入電網(wǎng)電壓等級的要求及實(shí)際并網(wǎng)點(diǎn)對電壓等級的限制,光伏電站并網(wǎng)工程可能需要兩次升壓,以本工程為例,若光伏電站接入系統(tǒng)電壓等級為110kV,則還需進(jìn)行35kV/110kV升壓方可接入電網(wǎng),若35kV/110kV升壓變選擇容量為31500kVA的三相雙繞組變壓器,變壓器短路阻抗百分值為10.5,空載電流百分值為0.67,經(jīng)計算,該變壓器無功損耗為3021.11kvar,當(dāng)光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)點(diǎn)電壓為0.93倍額定電壓時,光伏電站需配置容性無功補(bǔ)償容量為6320.51kvar,即,若實(shí)例中光伏電站并網(wǎng)工程中采用0.27kV/35kV、35kV/110kV兩次升壓,其容性無功補(bǔ)償容量可按光伏電站總?cè)萘康?0%配置。5容性無功補(bǔ)償容量在PSD-BPA的軟件系統(tǒng)上建立一個仿真模型,它包括光伏電站、集電線路、升壓變、送出線和接入的電網(wǎng)系統(tǒng)。將仿真模型用于穩(wěn)態(tài)潮流計算,驗(yàn)證無功補(bǔ)償容量計算的正確性。當(dāng)110kV變35kV側(cè)電壓運(yùn)行在32.55kV(0.93倍額定電壓)時,光伏電站滿發(fā)且功率因數(shù)為1,容性無功補(bǔ)償容量為3.0Mvar時,通過潮流計算,光伏電站向系統(tǒng)傳輸功率為(29500+j700)kVA,光伏電站開閉站、各匯流分支箱、匯流線路端電壓均為33.0kV,電壓合格。潮流計算結(jié)果表明,考慮線路充電功率,3.0Mvar容性無功補(bǔ)償容量可以對光伏電站無功損耗進(jìn)行完全補(bǔ)償。光伏電站容性無功補(bǔ)償容量為3.0Mvar時站內(nèi)子系統(tǒng)潮流圖如圖4所示。當(dāng)110kV變35kV側(cè)電壓運(yùn)行在37.45kV(1.07倍額定電壓)時,光伏電站零出力,感性無功補(bǔ)償容量為1.0Mvar時,通過潮流計算,光伏電站向電力系統(tǒng)傳輸功率為(0.0-j0.0)kVA,光伏電站開閉站、各匯流分支箱、匯流線路端電壓均為37.5kV,電壓合格。潮流計算結(jié)果表明,1.0Mvar感性無功補(bǔ)償容量可以對光伏電站所有線路充電功率進(jìn)行完全補(bǔ)償,光伏電站感性無功補(bǔ)償容量為1.0Mvar時站內(nèi)子系統(tǒng)潮流圖如圖5所示。6光伏電站容性及感性無功補(bǔ)償容量計算針對光伏電站無功補(bǔ)償容量配置問題,提出了分析方法,以某一