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分布式光伏并网导致功率因数不达标的三种解决方案

来源:瀚尔爵

发布:2023-05-19    浏览:4713次

分布式光伏并网是指在用电户企业(居民)的建筑物进行光伏组件的安装,运行方式以⽤户侧自发自用、余电上网,且有配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。并网电压等级通常为0.4/10kv,分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利⽤的原则,充分利用当地太阳能资源,替代和减少化石能源消费。在碳达峰、碳中和的⼤趋势下,光伏发电正逐渐替代传统能源,成为我国能源主题之一。

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但是,随着并网时间的推移,越来越多的分布式光伏并网用户出现了如下的情况:

A、无功功率不稳定,电容器频繁投切;

B、功率因数不达标,忽高忽低、频繁闪烁;

C、电压、电流谐波异常,导致保护异常启用;

D、出现高额的力调电费。(大多数企业表示:在光伏并网后才产生力调电费的)

1.原因分析:

多数光伏企业认为出现这个情况多数为补偿容量不够、补偿不及时导致,从而增强补偿容量或者增加补偿装置,结果显而易见,仍没有解决功率因数的问题(不对症下药是没有结果的)。

1.1.功率因数不达标分析

首先,我们先要了解:供电局考核功率因数时,是结合正向有功、正反向无功来计算的,比如说:该系统月正向有功为P,正向无功为Q1,反向无功为Q2,即正反向无功和Q1+Q2。则:

Cosφ=P/S=P/(√(P2+(Q正+Q反)²)(功率因数计算式)

供电局在计算功率因数时,是不计量反向有功(光伏发电)

结合上述的计算公式,就能发现如下问题:

第一:无功功率固定时,光伏发电量增加,用户正向有功减小,Cosφ减小、不达标;

第二:光伏发电量固定时,无功功率增加,Cosφ减小,不达标!(这⾥的无功功率是包含正向无功功率和反向无功功率)显⽽易见,解决分布式光伏的无功补偿问题需要针对性的做出分析!

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1.2.电容柜无法正常工作分析

分布式光伏在并网后导致系统中原有无功补偿柜无法正常工作(无论并网点在负载端处、还是进线柜处,都无法正常补偿)。

此处需要深⼊了解无功补偿控制器的工作原理,市场上大多数的无功补偿控制器是通过采集电压电流信号的数值和方向,从而得出功率因数的大小,进行投切补偿,但是当分布式光伏并网后,就会导致系统中存在流向不同的电流(电流相位角),从而导致无功补偿控制器无法取样,无法有效补偿;时而过补、时而欠补,导致系统功率因数低,出现力调电费(罚款)!

2.解决方法

解决这个问题不一定需要增加补偿容量和补偿设备,多数情况是属于无功补偿控制器的工作机能单一,不具备在第四象限下工作的能力,又或者是用电客户的补偿系统不细致,存在无功功率漏补等现象,都会导致功率因数过低!

分布式光伏并网运行3大阶段:

★光伏发电量>用户用电。余电上网,系统电流方向由负载流向变压器,存在“反向电流”,此时电容器全部切除,功率因数不达标;

★光伏发电量=用户用电。系统平衡,此时功率因数偏高或者偏低,取决于电容柜中的电容器配置;

★光伏发电量<用户用电。索取市电,此时功率因数的效果也取决于电容柜的电容器配置;

结合上述三个阶段,我们发现从市电消耗的有功电量减小了,无功电量(系统负荷没有变化)没有变化,从而供电局考核的功率因数不达标,出现力调了!

方案一:更换瀚尔爵电气四象限无功补偿控制器

四象限无功补偿控制器根据四象限无功原理(如下图所示),通过测量双向的有功和无功数据,可以计算出四个象限的有功、无功功率,实时得出负载在光伏发电充足时,或光伏发电功率不足负载,需要从电网侧吸收功率时的功率因数,准确的投切电容器组。

四象限无功补偿控制具有双向电流监测机制,针对性解决双向电流系统,结合精确容量补偿,确保补偿可达0.95。但是更换四象限控制器需要加装另外两相CT,且四象限无功补偿控制器价格较高,控制器安装位置的规格可能不配套,需要另行改造,因此成本较高。

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方案二:一次线路改造

对企业配电房的光伏接入柜电缆进行改接,将光伏接入电缆接入点移至企业变压器低压侧断路器下进线侧,无功补偿装置控制器采样点位置不变。改造后,采样点的采样数据=电网侧输入功率S1+光伏发电量S3-厂房用电负荷S2。

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一次性线路改造的示意图

将光伏接入点直接接入企业变压器低压侧,该方法可以从本质上解决功率因数降低的问题。但是改造需要企业停电,并且需要施工队伍进行配合,在基建期间可以实行,且成本较低。

方案三:在光伏接入侧加装采样CT

本方案与方案二类似,通过改造二次回路,将电网侧输入功率与光伏输入功率的采样信号并联后接入无功补偿控制器;改造后,接入无功补偿控制器的信号等同于方案二,光伏发电接入侧的功率信号与电网侧输入功率信号同时接入无功补偿装置控制器中,提高无功补偿控制器运行的灵活性。本方案改造不需要停电,较为方便。

原无功补偿控制器采样点所采样的电流数据采自于流经开关本体保护用CT的电流,由于保护用CT是根据三相短路的最大短路电流计算CT变比的,所以变比较大。无功补偿装置在安装时直接采用的是开关保护用CT所采样的数据,由于该企业正常运行下负荷电流较小,约为100A,所以经过CT测量后,二次电流很小,会影响精度。加装合适变比的CT,以最大负荷电流乘以1.2~1.3的可靠系数作为CT一次电流来选择CT,但是要重新设定无功补偿控制器的参数,这样可提高控制器采样的精度。

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在光伏接入侧加装采样CT的线路示意图

存在此类问题的分布式光伏系统如何进行改造方案的选择:若项目在基建时期,或具备进行一次高压线路改造的条件,可选择方案二;对于容量大,负载用电情况复杂的分布式光伏系统,可选择方案一;对于不具备一次高压线路停电改造条件的项目,可选用方案三。

另外,说到光伏都会提到储能,PCS(储能变流器,英译:Power Conversion System)可控制蓄电池的充电和放电过程,进行交直流的变换,在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS 由 DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。PCS 控制器通过通讯接收后台控制指令,根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电,实现对电网有功功率及无功功率的调节。 PCS 控制器通过 CAN 接口与 BMS 通讯,获取电池组状态信息,可实现对电池的保护性充放电,确保电池运行安全。

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光伏行业目前使用量较大的PCS产品

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