光伏無功補償系統(tǒng)

隨著新能源光伏發(fā)電的廣泛應用，大量的自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式的光伏電站接入系統(tǒng)，由于此類電站與用電用戶共用同一個計量點，光伏系統(tǒng)往往在用戶計量點后并網(wǎng)接入，發(fā)電能量低壓優(yōu)先消耗，剩余發(fā)電量逆向傳輸向電網(wǎng)，因此導致計量點位置的用電功率因數(shù)考核不達標情況出現(xiàn)，所以很多工商業(yè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)接入后，用戶用電考核出現(xiàn)功率因數(shù)考核不達標，產(chǎn)生大量的力調(diào)電費罰款問題的出現(xiàn)，我司針對此問題研發(fā)出一套解決方案——光伏無功補償系統(tǒng)，該方案解決了很多企業(yè)安裝光伏發(fā)電之后產(chǎn)生罰款的問題。

方案中的無功補償系統(tǒng)通過4G云平臺的形式，將現(xiàn)場所有設備運行狀態(tài)、實時數(shù)據(jù)、進行上傳，可以支持手機端APP，PC端訪問等形式，實時監(jiān)測現(xiàn)場設備運行狀態(tài)與補償效果，進一步確保最終補償效果達標。

SVG補償設備啟動后，系統(tǒng)中SVG自身、新增多功能電度表、系統(tǒng)原有計量表計以及后臺系統(tǒng)中的實時功率因數(shù)，均達到0.999的水平，系統(tǒng)采樣正確，數(shù)據(jù)傳輸正常，補償效果良好，通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)查看累計電度功率因數(shù)（等效于電力考核功率因數(shù)數(shù)據(jù)），累計電度功率因數(shù)達到0.95以上，完全解決用戶月底功率因數(shù)考核不達標，力調(diào)電費罰款問題。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入對用戶無功補償?shù)挠绊懛治?/span>

隨著光伏發(fā)電技術的升級與發(fā)展，越來越多的工廠用戶選擇分布式光伏發(fā)電，利用廠區(qū)屋頂空間安裝光伏發(fā)電組件，就地發(fā)電以供生產(chǎn)使用，采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的策略，當本地用電量滿足情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)剩余發(fā)電量送入電網(wǎng)，以獲取盈利。

在自發(fā)自用余電上網(wǎng)的模式下：

1.當分布式光伏電站發(fā)電時，由于光伏系統(tǒng)所發(fā)電的初始功率因數(shù)為1，不含有無功功率

2.而用電負載在進行生產(chǎn)作業(yè)時，必須有無功功率支撐

由此可見，隨著分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率逐步加大，在自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的情況下，由于系統(tǒng)從市電所取用有功功率下降，但是取用的無功功率仍然全部從市電取用，會使得系統(tǒng)中市電側(cè)，有功功率趨近于0，無功功率保持不變：

系統(tǒng)功率因數(shù)PF會隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率變化而降低，會導致供電公司功率因數(shù)考核不達標，造成力調(diào)電費罰款。

同時需要注意的是：系統(tǒng)中用電功率并非恒定不變，會存在波動變化；分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率也并非是恒定不變；兩種變化波動疊加以后，會導致電網(wǎng)提供的有功功率會呈現(xiàn)出大小變化劇烈，波動頻繁的特點，對系統(tǒng)中無功補償柜的響應速度、補償能力會是更嚴峻的考驗。

會出現(xiàn)4種情況：

1.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不投入時：

當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不投入運行時。

系統(tǒng)中所有負載設備所需有功功率均由電網(wǎng)提供，負載設備所需無功功率由系統(tǒng)中無功補償柜補償大部分，同時電網(wǎng)提供少部分無功功率。

則在電力考核點，設備功率因數(shù)為：

系統(tǒng)用電負載的總功率不變，電容柜補償狀態(tài)良好

假設：P=350KW   Q=250kVar    補償=40kVar*10

當設備運行時，則在市電進線柜功率因數(shù)為：

2.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)投入，光伏發(fā)電系統(tǒng)功率＜用電功率時：

當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)投入運行，但光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率并不滿足現(xiàn)場所有負載設備的有功用電需求時。

負載設備所需有功功率由（分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電源+電網(wǎng)電源）組成，負載設備所需無功功率由系統(tǒng)中無功補償柜子補償一部分，同時電網(wǎng)提供部分無功功率。

此時電網(wǎng)向用戶提供功率為（部分有功功率+部分無功功率），則在電力考核點，設備功率因數(shù)為：

系統(tǒng)用電負載的總功率不變，電容柜補償狀態(tài)良好

P=350KW     P1=300KW   Q=250kVar    補償=40kVar*10

當設備運行時，則在市電進線柜功率因數(shù)為：

3.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)投入，光伏發(fā)電系統(tǒng)功率=用電功率時：

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)投入運行，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率=現(xiàn)場所有負載設備的有功用電需求時。

則系統(tǒng)中所有用電負載設備的有功功率均由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供，電網(wǎng)只向用電負載提供無功功率。

系統(tǒng)中無功補償柜提供負載設備的大部分無功需求，此時電網(wǎng)向用戶提供功率僅為部分無功功率，則在電力考核點，設備功率因數(shù)為：

系統(tǒng)用電負載的總功率不變，電容柜補償狀態(tài)良好

P=350KW     P1=350KW   Q=250kVar    補償=40kVar*10

當設備運行時，則在市電進線柜，市電提供的有功功率為0，無功功率經(jīng)過補償柜補償后，市電提供無功功率10kVar，

此時市電沒有提供有功功率，僅提供無功功率，功率因數(shù)不可計。

需要注意的是，由于電網(wǎng)側(cè)此時并不流入任何有功功率，此時電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)無法計算，所以系統(tǒng)中的無功補償柜極有可能出現(xiàn)故障，無法投入補償。

4.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)投入，光伏發(fā)電系統(tǒng)功率＞用電功率時：

在此情況下，系統(tǒng)用電負載的總功率不變，電容柜補償狀態(tài)良好

P=350KW     P1=400KW   Q=250kVar    補償=40kVar*10

當設備運行時，則在市電進線柜，光伏發(fā)電系統(tǒng)反向倒送有功功率50KW，用電負載由市電提供無功功率，無功功率經(jīng)過補償柜補償后，市電提供無功功率10kVar，

由于此時有功功率為反向，所以功率因數(shù)PF=-0.98

需要注意，在此時，僅具備四象限判斷功能的無功補償控制器可以正常運行，由于此時有功電流屬于倒送狀態(tài)，可能會導致系統(tǒng)中無功補償柜無法正常運行。

傳統(tǒng)無功補償柜采用分組電容補償（40kVar*10），實際補償模式為階梯式投切，最小階梯容量為單組電容器的補償容量。

階梯式投切補償，必然無法出現(xiàn)完全吻合系統(tǒng)需求的補償，隨著系統(tǒng)無功功率的變化，必然會出現(xiàn)補償不到的范圍，補償間隙。

系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)進線柜中，有功功率與無功功率二者之間的比值越大，有功功率越高，無功功率越低，則系統(tǒng)功率因數(shù)越好。

但由于傳統(tǒng)無功補償電容柜存在補償間隙的原因，實際上存在最低補償精度，當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)投入使用后，電網(wǎng)側(cè)進線柜所提供的有功功率越下降，越接近無功補償電容柜的補償最低精度，無功補償柜補償效果越差。

負載設備用電功率不變，隨著分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率的逐步上升，同時電網(wǎng)側(cè)進線柜的有功功率會逐步下降，甚至出現(xiàn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)倒送有功功率上電網(wǎng)的情況，所以在此情況下，不同階段的電網(wǎng)進線柜功率因數(shù)（PF1＞PF2＞PF3＞PF4）越來越小。

實際上用戶現(xiàn)場用電情況要更為復雜，是由上述的4中階段混合組成，其中還可能存在隨即變化的情況，由于系統(tǒng)中用電負載存在功率波動，同時分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率也存在波動情況的發(fā)生

二者影響相疊加，從而導致了電網(wǎng)側(cè)進線柜的有功功率會出現(xiàn)大小變化劇烈，波動頻繁的特點，在此基礎上，傳統(tǒng)無功補償柜存在補償間隙的話，無法滿足系統(tǒng)中無功補償?shù)男枨螅荒苁瓜到y(tǒng)電網(wǎng)進線側(cè)功率因數(shù)達標。

最終由于系統(tǒng)中有功功率的頻繁波動，導致出現(xiàn)功率因數(shù)的頻繁波動，短時間內(nèi)無功補償柜內(nèi)頻繁的電容器組投切，會嚴重影響到無功補償柜的電容器組的性能，導致電容器組容量衰減，嚴重者會導致現(xiàn)場原有無功補償柜出現(xiàn)失效，無法進行正常的無功補償工作。

出現(xiàn)上述問題的原因，一方面在于系統(tǒng)中電網(wǎng)所供應的有功功率的頻繁變化，另一方面則是傳統(tǒng)無功補償柜的階梯式補償模式導致。

傳統(tǒng)無功補償柜的補償方式與控制邏輯無法滿足在有分布式光伏發(fā)電接入的用戶現(xiàn)場的無功補償需求。