某廠房400V配電段接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后功率因數(shù)下降原因研究

1、某廠房400v配電段接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后功率因數(shù)下降原因研究【摘要】由于屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目具有節(jié)約占地面積、所發(fā) 電能可就地消化、系統(tǒng)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了大力發(fā) 展。本文對某廠房400v配電段接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后出現(xiàn)功 率因數(shù)下降的原因進(jìn)行分析，提出了屋頂光伏就地接入廠房 配電系統(tǒng)的建議和設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)?！娟P(guān)鍵詞】屋頂光伏；無功補(bǔ)償；諧波1引言太陽能屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、光伏匯流箱、直 流匯流柜、逆變器、交流并網(wǎng)開關(guān)柜及電氣保護(hù)、監(jiān)控和數(shù) 據(jù)傳輸系統(tǒng)等部分組成。其中，光伏組件、光伏匯流箱布置在建筑屋頂上，直流 匯流柜、逆變器、交流并網(wǎng)開關(guān)柜及電氣二次設(shè)備一般布置 在建筑一樓新建的電氣設(shè)

2、備室內(nèi)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示：光伏發(fā)電工程每兆瓦裝機(jī)容量需占地1. 5萬平米左右。 在建筑物屋頂建設(shè)光伏電站，節(jié)約了大量地面土地，并且所 發(fā)電能一般就近接入建筑配電系統(tǒng)，送出線路長度短，系統(tǒng) 損耗小，近年來得到了迅速發(fā)展。2某3mwp屋頂光伏發(fā)電工程概況該工程建立在某廠區(qū)內(nèi)6棟廠房建筑屋頂上，每個廠房 屋頂裝設(shè)峰值功率為240wp的光伏多晶硅組件2100塊，裝 機(jī)容量為504kwp,全廠6棟廠房總裝機(jī)容量為3024kwpo每 個廠房屋頂光伏組件所發(fā)直流電通過逆變器逆變成400v交 流電，就近直接接到各廠房的400v配電母線上，通過用戶 內(nèi)部電網(wǎng)連接公用電網(wǎng)。由于光伏裝機(jī)容量較小，所發(fā)電

3、力 可在用戶內(nèi)部就地消化?？紤]到光伏裝機(jī)容量不大且逆變器 輸出的電能中無功分量較小，原有配電段裝設(shè)的無功補(bǔ)償裝 置能提供足夠的無功，無功功率可在就地平衡，故沒有另外 再裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置。每個廠房400v配電變壓器的容量均為2500kva,而光伏 裝機(jī)容量為504kwp,滿足光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定(q /gdw 617-2011)中要求的：小型光伏電站總?cè)萘吭瓌t上 不宜超過上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)的最大負(fù)荷的25%。圖2示出了其中一個廠房的光伏并網(wǎng)電氣接線情況，其 余5個廠房的電氣接線情況與此類似。圖中，虛線框內(nèi)的光 伏發(fā)電系統(tǒng)為新建工程，其余為廠房原有配電系統(tǒng)。諧波濾 波、無功補(bǔ)償取樣電流取自

4、變壓器低壓側(cè)進(jìn)線總開關(guān)柜內(nèi)的 電流互感器。3功率因數(shù)下降情況在屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目投運(yùn)后，每天上午九、十點(diǎn)鐘，太 陽光照強(qiáng)度達(dá)到多晶硅組件工作條件，逆變器交流側(cè)輸出開 始有電流流過。在逆變器沒有工作時，6個廠房的電氣系統(tǒng) 全部運(yùn)行良好。而在逆變器工作后，6個廠房中有5個廠房 的電氣系統(tǒng)運(yùn)行良好，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。有一個廠房的電氣系 統(tǒng)在光伏逆變器啟動后出現(xiàn)了功率因數(shù)下降的情況。4原因分析按照逆變器廠家資料，逆變器交流側(cè)輸出電能功率因數(shù) 在-0.9+0.9之間可調(diào)，實(shí)際能實(shí)現(xiàn)此功能，且將逆變器功 率因數(shù)調(diào)至接近1的時候，系統(tǒng)依然出現(xiàn)了功率因數(shù)下降的 情況。通過對逆變器交流側(cè)輸出進(jìn)行實(shí)際測量，其電能質(zhì)量

5、符合設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)，證明系統(tǒng)功率因數(shù)下降不是由于逆變器 設(shè)備本身的問題。經(jīng)現(xiàn)收資，5個運(yùn)行良好的廠房，其經(jīng)常負(fù)載在1800kw 左右。而功率因數(shù)下降的廠房，由于生產(chǎn)線沒有滿負(fù)荷運(yùn)行, 其經(jīng)常負(fù)載在700kw左右。分析原因如下：在逆變器沒有啟動時，廠用負(fù)荷工作流過的電流等于流 過變壓器低壓側(cè)的電流，電流由基波和諧波構(gòu)成，諧波含量 相對較小。諧波濾波、無功補(bǔ)償取樣電流取自變壓器低壓側(cè) 進(jìn)線總開關(guān)柜內(nèi)的電流互感器。于是無功補(bǔ)償裝置開始工 作，以平衡系統(tǒng)無功和抵消系統(tǒng)中的諧波。而在逆變器啟動后，逆變器輸出的電能質(zhì)量較好，可近 似看成僅輸出基波電流。流經(jīng)變壓器的基波電流（即電網(wǎng)送 來的基波電流）加上逆變器

6、輸出的基波電流等于流經(jīng)廠用電 負(fù)荷的基波電流。所以在逆變器啟動后，由于逆變器提供了 部分基波電流，流經(jīng)變壓器的基波電流減小了。而系統(tǒng)中的 諧波電流沒有變化，這樣，流經(jīng)變壓器的諧波電流沒有變化。 基波電流減小，而諧波電流不變，這樣在諧波濾波、無功補(bǔ) 償?shù)娜狱c(diǎn)，即變壓器低壓側(cè)，電流諧波含量就變大了。諧波污染會對傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置一并聯(lián)電容器造成 危害。原因是：1.并聯(lián)電容器組對諧波有放大作用，易發(fā)生 串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán) 重：2由于諧波電流疊加在電容器基波電流上，使電容器的 電流有效值增大，造成溫度升高，減少使用壽命，甚至永久 損壞。因此無功補(bǔ)償裝置多裝設(shè)有諧波超值

7、保護(hù)，當(dāng)取樣點(diǎn)處 諧波含有率超標(biāo)時，切除電容器，從而保護(hù)電容器不會由于 諧波過載而損壞。當(dāng)系統(tǒng)的諧波電流減少時，可以自動重新 投入電容器。本例中出現(xiàn)的系統(tǒng)功率因數(shù)下降，正是因?yàn)槟孀兤鲉?后，取樣點(diǎn)處電流諧波含量增大，無功補(bǔ)償裝置諧波超值保 護(hù)啟動，電容器切除，造成系統(tǒng)功率因數(shù)下降。而生產(chǎn)線接近滿負(fù)荷運(yùn)行的廠房，逆變器啟動后，其所 提供的基波電流相對于整個系統(tǒng)所占比例較小，僅為約 20%,造成諧波含量所占基波的比例變化不大，故諧波超值 保護(hù)未啟動，無功補(bǔ)償裝置能正常運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行良好。后項(xiàng)目業(yè)主經(jīng)與無功補(bǔ)償廠家溝通后，將無功補(bǔ)償諧波 超值保護(hù)設(shè)定值實(shí)驗(yàn)性調(diào)大后，無功補(bǔ)償能正常運(yùn)行，系統(tǒng) 功率因

8、數(shù)能達(dá)到要求，證明上述分析是合理的。5對屋頂光伏系統(tǒng)就地接入配電網(wǎng)的建議5. 1光伏電站并網(wǎng)應(yīng)嚴(yán)格遵守光伏電站接入電網(wǎng)技 術(shù)規(guī)定中要求的：“小型光伏電站總?cè)萘吭瓌t上不宜超過 上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)的最大負(fù)荷的25%。t接于公用電 網(wǎng)的中型光伏電站總?cè)萘恳丝刂圃谒尤氲墓秒娋W(wǎng)線路 最大輸送容量的30%內(nèi)?！碑?dāng)光伏電站總?cè)萘肯鄬τ谏霞夒?網(wǎng)容量較小時，其運(yùn)行狀況不會對上級電網(wǎng)造成影響。5.2屋頂光伏工程并網(wǎng)在條件允許時，應(yīng)盡量以10kv 或者6kv電壓等級而非400v電壓等級接入建筑原有配電段。 這是因?yàn)椋?0kv系統(tǒng)用電設(shè)備臺數(shù)和設(shè)備容量的動態(tài)變化較 小，系統(tǒng)較穩(wěn)定；而400v系統(tǒng)負(fù)荷投切較頻繁，系統(tǒng)容量 變化大。在本例中，400v系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時，其最大負(fù)荷容 量可達(dá)約1800kw,而在生產(chǎn)