关于光伏电站无功补偿容量的设计分析与探讨

柯学进

（广州市宁大新能源科技有限公司，广东 广州 510700）

1 前言

光伏发电的装机容量是按光伏组件的标称总容量定义该电站的额定容量，在早期很多设计人员依据传统无功补偿的算法就是以组件直流侧的装机容量为基准值，乘以20%～30%的系数得出该电站的无功补偿容量；比如，一个20MWp的光伏电站，按20%～30%的系数是配置无功补偿容量就是（4～6）Mvar。但实际上，从目前已投产的光伏电站运行实际发电系统出力数据进行统计，光伏电站的最高系统出力基本低于82%，地面电站平均系统出力80%以内，分布式的平均系统出力在76%以内。故针对不同地区的光伏电站，应根据当地辐照度、倾角朝向、送出线路线距离、配套电网等各种因素合适分析，得出更优的无功补偿配置方案。目前基本上新建的大型地面电站都是配置SVG动态无功补偿设备。

2 光伏电站的无功损耗计算方式

光伏电站无功损耗计算主要包括光伏逆变器、变压器、集电与送出线路三大主要组成部分的无功损耗的计算。光伏总体无功能损耗等于各组成部分损耗之和。

2.1 逆变器消耗或者发出的无功损耗计算

式中，QN为逆变器无功损耗容量（单位：Mvar）；sN为光伏电站的额定装机容量,单位（单位：MWp）；K为平均系统出力，地面电站一般选取80%；COSθ为系统功率因素，逆变器末端一般选取0.99。

2.2 集电线路的无功损耗计算

式中，QL1为集电线路无功损耗容量总和（单位：Mvar）；n 为集电缆路分段线缆，(n=1,2….n)；N为集电电缆段数；UN为并网侧输出额定电压（单位：kV）；COSθ为系统功率因素，电站末端一般选取0.98；ω为交流电的圆频率,ω=2πf；Ln为第n段分段电缆的交流电感，共N段（单位：mH/km）；H为集电缆路分段线缆长度，（单位：km）。

3 光伏电站的充电计算方式

3.1 集电线路的充电功率计算

式中，Qc1为集电线路充电功率总和（单位：Mvar）；n为集电缆路分段线缆，(n=1,2….n)；N为集电电缆段数；UN为并网侧输出额定电压（单位：kV）；ω为交流电的圆频率，ω=2πf；Cn为第n段分段电缆的交流电容，共N段（单位：uF/km）；H为集电缆路分段线缆长度，（单位：km）。

3.2 送出线路的充电功率计算

式中，QC2为送出线路充电功率总和（单位：Mvar）；Ue为充电额定电压（单位：kV）；Dm为架空线路的几何均距=1.26×相导线间距；R为线芯半径。

4 典型光伏电站案件无功率补偿分析

本文选取广东省粤北地区的1座20MWp地面并网式光伏电站，该电站总装机容量为20.856MWp，全系统配置52800块395Wp单晶硅组件，每24块组件串联为一串，每22串组件方阵并联接入一台196KW的并网式组串逆变器；然后每5台逆变器输入经第一级汇流后接入一台型号为SCB11-1000kVA-35/0.8kV的箱式升压变压器；每5台箱式变压器集电经第二级汇流成一路，本电站共4条集电汇流线路；最后，把4条集电线路经第三级汇流后接入新增的开闭站汇流成一路送入。送出线路采用一回路LGJ-240/400架空线路，其相导线间距2.5m，导线呈水平布置，送出线路总长度为8km，接入最近的某110kV变电所中压侧35kV备用间隔。光伏并网发电系统图如图1。

图1 20MWp光伏电站系统图

图2 1MWp光伏发电系统原理图

本 项 目 采 用SCB11-1000kVA/38.5±2×2.5%/0.8kV Dyn11型号的变压器，其主要参数见表1：

设计采用组串式并网逆变器交流侧0.8kV母线距离变压器输入母线的比较近，故可忽略该部分低压侧的线路无功损耗及电容充电功率；在35kV交流侧的主要使用YJV22-26/35类型的中压电缆，型号分别为：3×50、3×70、3×185，其相关计算参数及数量以表1。

表1 升压变压技术参数与集电/送电线路物料清单

4.1 无功损耗的计算

（1）逆变器无功损耗：

（2）单台变压器无功损耗：QT=(6.5/100+0.4/100×0.82)×1=0.06756Mvar,则20台变压器的无功总损耗=1.351Mvar；

（3）每回集电线路无功损耗：QL1=0.58×10-4Mvar，则共4回路集电线路无功损耗=2.32×10-4Mvar；

（4）35kV送电线路无功损耗：QL2=1.006Mvar。

4.2 充电功率的计算

(1)每回集电线路充电功率：QC1=0.0269Mvar，则共4回路集电线路无功损耗=0.1076Mvar。(2)35kV送电线路经查线路手册和计算得电导：BC2=3.077×10-6S/km；则线路的充电功率：QC2=352×3.077×10-6×8=0.0302Mvar。

4.3 无功统计

光伏电站的无功补偿的统计分为两种情况：一种情况是当地电网系统稳定性较差，电网调配能力较弱，供电部门不认可并网逆变器输出无功率补偿，此时就需要单独增加SVG无功补偿设备；另一种情况当地供电电网相对稳当，功率因素较高，电网系统调配能力较高，当地供电部门可以认可并网逆变器的实际输出无功输出。故无功补偿统计也分为两种不同计算统计结果，当供电部门认可逆变器的无功输出时，此时，光伏电站基本不需要装设无功补偿装置。当供电部门不认可逆变器的无功输出时，此时，光伏电站缺额无功容量为4.775（Mvar），一般选择5Mvar的SVG无功补偿装置即可；该数据在传统经验估算值的范围内，一般会得到当地供电部门的认可。

5 结语

光伏电站的无功补偿容量要根据电站所处地区辐照度、安装倾角、当地电网系统的稳定性与调配能力等综合因素进行设计选型。必要时，需要利用软件搭建模型进行模拟与分析，以保证配置的无功补偿容量在有效调节光伏电站送电线路的功率因素的同时，还应使补偿系统得到最大化的利用，从而为光伏电站节省前期的投入成本，为光伏发电“度电平价”上网做出更多的努力。