光伏發(fā)電站關(guān)口點(diǎn)功率因數(shù)考核及解決方案

光伏發(fā)電站關(guān)口點(diǎn)功率因數(shù)考核及解決方案鐘泰軍;李慧;張?jiān)讫垺菊酷槍?duì)某光伏發(fā)電站(作為電力系統(tǒng)的負(fù)載時(shí))功率因數(shù)不滿(mǎn)足考核要求的問(wèn)題，基于光伏發(fā)電站關(guān)口點(diǎn)功率考核標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)口計(jì)量表工作原理，對(duì)發(fā)電站功率因數(shù)不合格的原因進(jìn)行分析和排查.通過(guò)對(duì)光伏發(fā)電站SVG設(shè)備、光伏發(fā)電站、系統(tǒng)側(cè)變電站二次線、PT、CT以及電能計(jì)量表進(jìn)行逐一分析,發(fā)現(xiàn)由于夜間架空線路充電功率的影響，系統(tǒng)側(cè)關(guān)口點(diǎn)無(wú)功功率過(guò)高,功率因素偏低，無(wú)法滿(mǎn)足電網(wǎng)的考核要求.電能表以有功功率P的方向?yàn)閰⒖?，?duì)無(wú)功進(jìn)行絕對(duì)值計(jì)算,使得計(jì)量的功率因素偏小,加重了被考核的可能.最后，提出解決方案，希望為新能源發(fā)電站的關(guān)口考核問(wèn)題提供借鑒.【期刊名稱(chēng)】《通信電源技術(shù)》【年(卷)，期】2018(035)012【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P68-71)【關(guān)鍵詞】功率因數(shù);電能計(jì)量表;四象限;無(wú)功補(bǔ)償【作者】鐘泰軍;李慧;張?jiān)讫垺咀髡邌挝弧亢笔‰娏睖y(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢430040;湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢430040;湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢430040【正文語(yǔ)種】中文0引言對(duì)某光伏發(fā)電站廠用電功率因數(shù)不滿(mǎn)足考核要求的問(wèn)題進(jìn)行深度分析，立足工程實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，找到問(wèn)題存在的原因，并提出了相應(yīng)的解決方案。1考核標(biāo)準(zhǔn)及考核事件某光伏發(fā)電站在運(yùn)行4個(gè)月后首次對(duì)下網(wǎng)電量進(jìn)行結(jié)算，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表正向無(wú)功電量達(dá)到3957.36MVar-h,遠(yuǎn)大于正向有功電量87.12MW?h,功率因數(shù)僅為0.02[1-2]。光伏發(fā)電站側(cè)關(guān)口計(jì)量表反向無(wú)功電量(369.6MVar-h)o根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司考核方式，對(duì)光伏電站用電(下網(wǎng)電量，視同工業(yè)用電用戶(hù))功率因數(shù)進(jìn)行考核，即僅對(duì)夜間功率因素進(jìn)行考核。關(guān)口考核表安裝在電網(wǎng)公司的電力系統(tǒng)側(cè)，夜間電能由系統(tǒng)流向光伏電站，整個(gè)光伏電站作為電力系統(tǒng)的用戶(hù)，要求功率因數(shù)不應(yīng)小于0.9[3-4]?？己税l(fā)現(xiàn)功率因數(shù)為0.02，遠(yuǎn)小于電力公司的要求。因此，電力公司根據(jù)關(guān)口有功電量數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)電企業(yè)進(jìn)行了重點(diǎn)考核，并對(duì)其進(jìn)行了罰款處理。2原因分析2.1光伏電站SVG排查該站SVG雖可正常運(yùn)行，但是由于電站自身原因，存在長(zhǎng)期未投入運(yùn)行的情況。此外，在光伏電站側(cè)關(guān)口計(jì)量表的反向無(wú)功電量?jī)H369.6MVar-h,對(duì)總值達(dá)3957.36MVar-h的系統(tǒng)側(cè)無(wú)功電量無(wú)太大影響。因此，若光伏電站側(cè)關(guān)口計(jì)量表數(shù)據(jù)正確無(wú)誤，則SVG是否投入運(yùn)行和光伏電站消耗的無(wú)功電量，均對(duì)系統(tǒng)側(cè)關(guān)口點(diǎn)無(wú)功電量3957.36MVar-h數(shù)據(jù)不構(gòu)成決定性影響。2.2二次線接線排查分別排查光伏電站和系統(tǒng)側(cè)變電站二次線接線情況，均正確無(wú)誤，因此電能計(jì)量表數(shù)據(jù)不會(huì)記錄錯(cuò)誤。2.3PT及CT排查分別排查了光伏電站、系統(tǒng)側(cè)變電站PT、CT的出廠實(shí)驗(yàn)報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)報(bào)告，未出現(xiàn)參數(shù)偏差。同時(shí)，PT和CT保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量各繞組二次側(cè)數(shù)值基本一致，可以排除除計(jì)量繞組存在故障的可能，也排除了變比不一致的可能。2.4關(guān)口計(jì)量表原理及計(jì)量數(shù)據(jù)2.4.1關(guān)口表計(jì)量原理該工程關(guān)口電能計(jì)量表和考核表均在電力公司購(gòu)買(mǎi)，廠家為江蘇林洋電子有限公司。DTZ71型三相四線智能電能計(jì)量表有電力公司的檢測(cè)報(bào)告，主副表記錄的電量數(shù)據(jù)一致。該表按四個(gè)象限記錄功率［5-6］，見(jiàn)圖1。該電能計(jì)量表分別根據(jù)上述象限對(duì)應(yīng)原則計(jì)量，正反無(wú)功可以自由組合設(shè)置，最終應(yīng)設(shè)置組合I總（正向有功）和組合II總（反向有功）。圖1計(jì)量表的功率象限該工程兩側(cè)表計(jì)設(shè)置情況如下［6］：電能計(jì)量表中組合I總（正向P）為I象限（輸入？，輸入。）+IV象限（輸入P，輸出Q），電能計(jì)量表中組合II總（反向P）為II象限（輸出？，輸入Q）+III象限（輸出P，輸出Q）。以系統(tǒng)側(cè)變電站關(guān)口表為例，當(dāng)光伏站在發(fā)電時(shí)（為系統(tǒng)輸送P），系統(tǒng)側(cè)有功功率由光伏電站流向系統(tǒng)，功率呈現(xiàn)負(fù)值，電能計(jì)量表顯示反向，將累計(jì)的有功電能記錄為反向P，累計(jì)無(wú)功電量為組合II總；當(dāng)夜晚光伏電站不發(fā)電時(shí)，將吸收系統(tǒng)有功功率，系統(tǒng)側(cè)有功功率由線路流入光伏電站，系統(tǒng)側(cè)計(jì)量表功率呈現(xiàn)正值，將累計(jì)的有功電量記錄為正向P，累計(jì)的無(wú)功電量為組合I總。而電力公司僅對(duì)光伏電站用電（下網(wǎng)電量，視同工業(yè)用電用戶(hù)）功率因數(shù)進(jìn)行考核，即僅對(duì)由系統(tǒng)側(cè)流向發(fā)電站的正向功率因素進(jìn)行考核。2.4.2數(shù)據(jù)分析圖2為光伏電站和系統(tǒng)側(cè)簡(jiǎn)要接線圖，現(xiàn)場(chǎng)記錄關(guān)口計(jì)量表顯示的數(shù)據(jù)如表1、表2所示。(1)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析結(jié)合圖2、表1和表2,夜間或其他陰雨天氣造成電力系統(tǒng)向光伏電站提供電能，潮流流向如圖3所示。系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表設(shè)置有功功率為正方向，關(guān)口計(jì)量表顯示有功電量為正向數(shù)據(jù)。根據(jù)電力公司要求的計(jì)量原理，無(wú)功電量也顯示為正向值，無(wú)功電量是I象限和IV象限絕對(duì)值的和。圖2光伏電站與系統(tǒng)側(cè)簡(jiǎn)要接線表1P電量統(tǒng)計(jì)表序號(hào)正向P/(kW?h)反向P/(kW?h)倍率位置12.850.13660000光伏電站20.337.11264000系統(tǒng)側(cè)變電站表2Q電量統(tǒng)計(jì)表序號(hào)組合I總/(kVar-h)組合II總/(kVar-h)I總/(kVar-h)II總/(kVar-h)III總/(kVar-h)IV總/(kVar-h)位置10.390.560.390.5600光伏電站214.9911.660011.6614.49系統(tǒng)側(cè)變電站圖3夜間電力系統(tǒng)與光伏電站的潮流系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表累計(jì)的有功電量和無(wú)功電量分別為：光伏電站吸收有功功率時(shí)，有功功率為反向，電能計(jì)量表顯示反向數(shù)據(jù)。光伏電站累計(jì)的有功電量和無(wú)功電量分別為：可以看出，系統(tǒng)側(cè)正向有功電量(下網(wǎng)電量)為81.4MW?h,正向無(wú)功電量為3957.36MVar-h,下網(wǎng)功率因數(shù)僅為0.02，遠(yuǎn)低于電力公司的考核指標(biāo)。當(dāng)光照充足時(shí)，光伏電站向系統(tǒng)輸送電能。光伏電站的關(guān)口計(jì)量表為正向數(shù)據(jù)，系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表為反向數(shù)據(jù)。系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表累計(jì)的有功電量和無(wú)功電量分別為：光伏電站累計(jì)的有功電量和無(wú)功電量分別為：可以看出，當(dāng)光照充足時(shí)，光伏電站作為電源向系統(tǒng)輸送電能1877.04MW-h,作為無(wú)功電源發(fā)送無(wú)功3078.24MVar?h（容性）。光伏電站作為電源時(shí)，不計(jì)入電力公司考核范圍。（2）無(wú)功功率分析假設(shè)線路充電功率為Sc，線路損耗吸收的感性無(wú)功^Q。①夜間潮流分析結(jié)合圖2、表1和表2可知，光伏發(fā)電充足時(shí)，有功功率從光伏電站流向系統(tǒng)，夜間有功功率從系統(tǒng)流向光伏電站。無(wú)功功率始終從光伏電站流向系統(tǒng)，相當(dāng)于-個(gè)無(wú)功電源。電力系統(tǒng)潮流如圖3所示，系統(tǒng)側(cè)潮流Ss與系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表設(shè)置的有功參考方向一致。潮流Sr與光伏電站側(cè)關(guān)口計(jì)量表的參考方向相反［7-8］。因此，電能表在IV象限時(shí)，有：電能表在II象限時(shí)：根據(jù)潮流流向得出：其中Qc為線路充電功率的數(shù)值。根據(jù)式（11）、式（12）可推導(dǎo)出：由式（13）,有：②白天潮流分析電力系統(tǒng)潮流如圖4所示，系統(tǒng)側(cè)潮流Ss與系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表設(shè)置的有功參考方向相反，潮流Sr與光伏電站側(cè)關(guān)口計(jì)量表的參考方向同［7-8］。圖4白天電力系統(tǒng)與光伏電站的潮流因此，電能表在I象限時(shí)：電能表在III象限時(shí)：根據(jù)潮流流向式（15）、式（16）可以推導(dǎo)出：對(duì)11月15日下午14時(shí)永陽(yáng)變及風(fēng)光一體實(shí)時(shí)功率進(jìn)行收集，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，白天發(fā)電時(shí)，永陽(yáng)變有功率功率為反向6.4MW，此時(shí)線路還向系統(tǒng)輸送了1.9MVar的容性無(wú)功。另外，對(duì)夜間實(shí)時(shí)功率收集了5個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如表4所示。從表4可以看出，在夜間不發(fā)電時(shí)，不投SVG時(shí)光伏發(fā)電站和線路共向系統(tǒng)輸送了2.2MVar左右的容性無(wú)功。光伏電站在夜間作為用電負(fù)荷輕載運(yùn)行，產(chǎn)生容性無(wú)功0~0.201MVar。此外，光伏發(fā)電站及系統(tǒng)側(cè)變電站夜間實(shí)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)，如表5所示。從表5可以看出，當(dāng)站內(nèi)投入SVG后，光伏發(fā)電站無(wú)功為0，功率因數(shù)可達(dá)到1,但線路仍持續(xù)向系統(tǒng)發(fā)出1.9MVar無(wú)功功率，造成無(wú)功過(guò)剩。實(shí)際測(cè)量的充電功率1.9MVar與3.1節(jié)計(jì)算的充電功率相近，驗(yàn)根據(jù)式（17）,有：其中AQTxIxX，白天傳輸功率大，在線路上產(chǎn)生的感性無(wú)功AQ抵消了一部分充電功率；夜間線路上傳輸?shù)墓β屎苄?，線路上的感性無(wú)功AQ很小，以充電功率為主，相當(dāng)于給系統(tǒng)提供了一個(gè)很大的無(wú)功電源。2.5結(jié)論2.5.1送出線的充電功率未補(bǔ)償經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，光伏電站是按照光伏發(fā)電站無(wú)功平衡的原則來(lái)配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。白天光伏場(chǎng)區(qū)作為電源向周?chē)?fù)荷和系統(tǒng)供電，功率因素為cosQ=0.991，滿(mǎn)足光伏場(chǎng)區(qū)作為電源的功率因素指標(biāo)。但是，對(duì)于電力系統(tǒng)而言，光伏場(chǎng)區(qū)是作為用戶(hù)負(fù)載考核其功率因素。光伏發(fā)電站的無(wú)功補(bǔ)償方式遺漏了送出線路的充電功率，是造成考核不達(dá)標(biāo)的主要原因。按照電網(wǎng)公司〃分層分區(qū)，就地平衡”的原則，需要補(bǔ)償輸電線路的充電功率。2.5.2計(jì)量方式造成累計(jì)無(wú)功電量偏大系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表累計(jì)的正向無(wú)功電量太大，原因是電能計(jì)量表的設(shè)置存在問(wèn)題。在電能計(jì)量表的四個(gè)象限中，無(wú)功功率的方向以有功功率的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，I象限和IV象限均為輸入有功，無(wú)功功率分別為輸入無(wú)功（感性）和輸出無(wú)功（容性）。以有功功率的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，造成無(wú)功功率是感性和容性的絕對(duì)值的累計(jì)，使得關(guān)口計(jì)量表累計(jì)的無(wú)功電量偏大，計(jì)算的功率因素偏小。3實(shí)例分析與驗(yàn)證3.1送出線無(wú)功功率計(jì)算光伏發(fā)電站至系統(tǒng)側(cè)變電站輸電線路為架空線路加電纜的方式，其中JL/GIA-240導(dǎo)線為8.4km,JL/GIA-300導(dǎo)線為9.6km,YJLW03-64/110-1x800電纜為1.8km。240和300導(dǎo)線充電功率為0.034Mvar/km,1x800電纜為0.8MVar/km，電壓等級(jí)為110kV。架空線計(jì)算結(jié)果0.034x18=0.612MVar,電纜計(jì)算結(jié)果0.8x1.8=1.44MVar，總充電功率合計(jì)Q=0.612+1.44=2.05MVar。夜間以充電功率為主，按照平均12h計(jì)算，需補(bǔ)償?shù)木€路充電功率近似為：與2.4.2節(jié)推算的線路充電功率接近，驗(yàn)證了上述結(jié)論：送出線路的充電功率未補(bǔ)償，是造成考核不達(dá)標(biāo)的主要原因。3.2現(xiàn)場(chǎng)無(wú)功功率測(cè)量數(shù)據(jù)分析證了測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性和分析的合理性。因此，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)變電站關(guān)口電能計(jì)量表為正向有功能時(shí)，至少有1.9MVar的無(wú)功功率持續(xù)被累計(jì)，故在短短4個(gè)月時(shí)間出現(xiàn)了3957.36MVar-h的無(wú)功電量。表3實(shí)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)表（SVG未投入）序號(hào)I/AP/MWQ/MVar位置133.8-6.4-9系統(tǒng)側(cè)變電站233.396.560光伏發(fā)電站表4光伏發(fā)電站及系統(tǒng)側(cè)變電站夜間實(shí)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)表（SVG未投入）序號(hào)時(shí)間I/AP/MWQ/MVarU/V位置118:000.7030.090.201114.21光伏發(fā)電站100.09-2.0112.51系統(tǒng)側(cè)變電站219:0000.090.201114.47光伏發(fā)電站11.20.09-2.2112.00系統(tǒng)側(cè)變電站320:000.7030.090.201114.02光伏發(fā)電站20.09-2.2112.00系統(tǒng)側(cè)變電站421:000.7030.090.067114.79光伏發(fā)電站11.250.09-2.2113.00系統(tǒng)側(cè)變電站522:0000.090.067115.24光伏發(fā)電站11.20.09-2.2112.00系統(tǒng)側(cè)變電站表5光伏發(fā)電站及系統(tǒng)側(cè)變電站夜間實(shí)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)表（投入SVG后）序號(hào)時(shí)間I/AP/MWQ/MVarU/VSVG/Q位置118:0000.090114.850.27光伏發(fā)電站9.850.09-1.94113.77—系統(tǒng)側(cè)變電站219:0000.090114.590.27光伏發(fā)電站9.490.09-1.88112.84—系統(tǒng)側(cè)變電站320:0000.090115.170.28光伏發(fā)電站9.490.09-1.94113.71—系統(tǒng)側(cè)變電站421:0000.090115.690.27光伏發(fā)電站9.850.09-1.94114.48—系統(tǒng)側(cè)變電站522:0000.090115.630.27光伏發(fā)電站9.80.09-1.90114.00—系統(tǒng)側(cè)變電站4解決方案及建議由以上分析可以看出，光伏發(fā)電站考核的根本原因在于關(guān)口計(jì)量表功率設(shè)置方式和輸電線路向系統(tǒng)輸送較高的無(wú)功功率，造成系統(tǒng)側(cè)關(guān)口計(jì)量表功率因素不達(dá)標(biāo)。關(guān)口計(jì)量表的設(shè)置方式是電力公司按規(guī)定設(shè)置不能改變，只能從補(bǔ)償無(wú)功功率方面入手。通過(guò)補(bǔ)償光伏電站到電力系統(tǒng)輸電線路的充電功率，可以提高功率因素。具體地，對(duì)SVG采用兩級(jí)控制方式：第一級(jí)，根據(jù)光伏電站到系統(tǒng)關(guān)口表的輸電線路的充電功率，整定SVG的基準(zhǔn)補(bǔ)償值，Q=2.0MVar;第二級(jí)，基于光伏電站運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，Q=0~