电力系统
2020.1  电力系统装备丨33
Electric System
2020年第1期
2020 No.1
电力系统装备
Electric Power System Equipment
1  前言
光伏发电站将太阳能转换成电能，经过光生伏特效应、逆变、汇流和升压等步骤后接入公共电网。光伏电站需具备一定的无功容量，除满足自身的无功需求外，还能在电网故障或异常时，向电网提供无功支持，防止电压崩溃[2]。在进行工程设计时需针对光伏电站的特点和周边电网情况，详细计算无功补偿容量，并对补偿装置进行选型分析，以提高光伏电站全寿命周期的经济效益和安全性。2  计算依据
大型光伏电站一般由光伏发电设备、升压设备、站内集电线路和送出线路组成。根据电站光伏组件总容量的不同，升压站的配置和接入电压等级也不同。图1是采用组串式逆变器以110 kV 电压等级接入电网的光伏电站系统结构图。
图1 组串式地面光伏电站系统结构图
无论是组串式还是集中式逆变器，功率因数均可在超前0.8~滞后0.8连续可调。逆变器通常运行在单位功率因数下，在无功补偿容量配置时可以不考虑逆变器的无功功率[3]。因此光伏电站中需计算无功容量的部分主要是：集电线路、升压变压器和送出线路。
2.1  输电线路无功损耗计算
3 K96
图2 输电线路等效电路图
线路的无功功率分为电抗产生的感性功率和电纳产生的
（1）
（2）由，：
（3）
（4）
式（1）~L ；
∆Q B 为容性充电功率；
S 为线路输送功率，I 为负载电流；U 为额定电压，B 为线路总电纳；
X 为线路总电抗；ω为角频率；C 为线路总电容；x 为线路单位长度电抗，单位Ω/ km ；c 为线路单位长度电容，
单位μF / km ；
f 为频率50Hz ；l 为线路长度，单位km 。2.2  变压器无功损耗计算
变压器等效电路图如图3所示。
63 K9图3 变压器等效电路图
变压器无功损耗∆Q LT 为空载无功损耗和负载无功损耗之
和，由图3可得：（5）（6）
（7）
式（5）~0T 为负载无功损耗，U K %为短路阻抗，I 0%为空载电流百分数，S 为变压
器实际负载容量，S N 为变压器额定容量；
空载无功损耗即不变损耗，与通过的电流无关，但与元件所承受的电压有关；负载无功损耗与变压器的负载容量有关。3  无功容量计算及设备选型
3.1  无功容量计算
光伏电站的发电出力受日照、温度等因素影响，尤其是阴雨天或晚上，光伏电站少出力或者不出力，此时电站的无功补偿容量需求也会减少。本文按照光伏电站满发，系统效率81%的工况下，计算电站的最大无功补偿需求，为光伏工
［摘    要］本文分析了光伏电站无功补偿容量的计算方法，为光伏工程设计中无功容量的配置提供参考，并对无功补偿装置选型提出建议。
［关键词］光伏电站；无功补偿；SVG ［中图分类号］TM615;TM75    　［文献标志码］A      ［文章编号］1001–523X （2020）01–0033–02
Svg Capacity Calculation and Selection Analysis of
Ground Photovoltaic Power Station
Han Lin
［Abstract ］This paper analyzes the calculation method of reactive power compensation capacity of photovoltaic power station, provides reference for the con fi guration of reactive power capacity in photovoltaic engineering design, and puts forward suggestions for the selection of reactive power compensation device.
［Keywords ］photovoltaic power plant; reactive power compensation; svg 地面光伏电站SVG容量计算及选型分析
韩　璘
（广州博创电力设计院有限公司，广东广州  510000）
电力系统
34丨电力系统装备  2020.1Electric System
2020年第1期2020 No.1
电力系统装备Electric Power System Equipment
程设计中无功容量的配置提供参考。
广东省湛江市某30 MWp渔光互补项目选用275 Wp光伏组件，总装机容量约为34 MWp，共分为24个1.25 MWp光伏方阵，每个光伏方阵配置1台35 kV升压箱变，将逆变器输出的0.36 kV交流电就地升压至35 kV。逆变器至升压箱变采用ZRC-YJV
22
-0.6/1 kV-1×240 mm2电缆连接。全站共划分3个35 kV集电线路，每个集电线路包含8台35 kV升压变，集
电线路前端4台升压箱变采用ZRC-YJV
22
-26/35 kV-3×70 mm2
电缆、后端4台采用ZRC-YJV
22
-26/35 kV-3×120mm2电缆采用手拉手方式接入110 kV升压站；新建110 kV升压站内新装31.5 MV A主变1台；光伏电站以110 kV架空线接入上级110 kV变电站，导线型号JL/LB1A-240/40，路径长度约为13 km；无功补偿装置安装在升压站35 kV侧。
（1）站内集电线路及送出线路无功容量计算。
站内集电线路及送出线路参数及长度汇总统计后，详见表1。
表1 导线参数及长度统计表
序号
电压
（kV）
导线规格
电抗
（Ω/km）
单相对地电容
（μF/ km）
长度
（km）
10.36ZRC-YJV
22
-0.6/1 kV-1×2400.090.34  1.2
235ZR-CYJV
22
-26/35 kV-3×700.1410.12  3.6
335ZRC-YJV
22
-26/35 kV-3×1200.1280.14  3.7 4110JL/LB1A-240/400.3860.0088413
将表1数据代入式（3）、（4），可得站内集电线路感性功率为379.8 kVar，容性功率为365.43 kVar；送出线路感性功率411.52 kVar，容性功率为436.63 kVar；详见表2。
表2 导线无功功率统计表
序号导线规格感性功率（kvar）容性功率（kvar）
1ZRC-YJV
22
-0.6/1 kV-1×240330.77-0.02
2ZRC-YJV
22
-26/35 kV-3×7010.36-166.17
3ZRC-YJV
22
-26/35 kV-3×12038.66-199.25 4JL/LB1A-240/40411.52-436.63
汇总791.31-802.06
（2）变压器无功容量计算。
光伏电站35 kV升压变采用预装式双分裂油浸式变压器，主变采用三相两卷铜芯自冷有载调压低损耗式升压变压器，参数详见表3。
表3 变压器参数表
序号主要参数35 kV箱变110 kV主变
1型号SF11-1250SZ11-31500
2短路阻抗U k%  6.510.5
3空载电流I
%0.40.36 4额定电压38.5121/38.5kV
5台数241以上数据代入式（7）可得，电站内24台升压变和1台主变总无功损耗为4491.98 kvar。
从以上计算数据可知：电站满发时，无功功率以变压器的无功损耗为主，约占总感性无功功率的85%；容性充电功率以送出线路为主，约占总充电容性功率的54.4%。
3.2  无功容量配置
根据GB/T19964—2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》中6.2.3的规定，对通过110 kV（66 kV）及以上电压等级并网的光伏发电站，无功容量应满足：
（1）容性无功容量能够补偿光伏发电站满发时站内汇集线路，主变的感性无功和光伏发电站送出线路
一半的感性无功之和；
（2）感性无功容量能够补偿光发电站自身的容性充电功率及光伏发电站送出线路一半充电功率之和。
光伏电站容性无功补偿容量应不小于5077.5 kvar，感性无功补偿容量应不小于583.7 kvar。结合厂家设备规格，本项目配置在-6 kvar~+1 MVar可连续可调，且响应时间不大于30 ms 的无功补偿装置。在工程设计中，为简化工作量，光伏电站容性功率可按照装机容量的15%~20%进行配置。
3.3  SVG补偿装置选型
SVG（Static Var Generator静止无功发生器），相对于传统的调相机、电容器和电抗器等，是目前无功功率控制领域内的最佳方案。SVG是以IGBT为核心的无功补偿系统，能够快速连续地提供容性或感性无功功率，实现并网点恒定无功、恒定电压和恒定功率因数等控制，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。
SVG主要由控制柜、功率柜和电抗器柜组成，分为直挂式和降压式。在工程设计中需从技术和投资两个方面进行选型分析。
3.3.1 直挂式和降压式技术对比
（1）波形正弦度。均采用调制波反向的单极倍频移相载波调制方式，直挂式级联模块多输出电压及电流波形的正弦度，要好于级联模块数量少的降压式；
（2）响应速度。直挂式由于无变压器迟滞作用，响应速度相比较降压式更快；
（3）控制难度。直挂式涉及的H桥模块数量增多，相比较降压式，增加了故障出现的概率；
（4）安规绝缘。直挂式的功率柜体Z小电气间隙及爬电距离相比较降压式更严格；
（5）损耗。降压式中变压器的损耗所占的比重较大，一般为额定容量0.5%。由于直挂式电流小，单个模块损耗降低，但由于模块数量增加，整机损耗和降压式差不多；
（6）运维。直挂式不需考虑消防、变压器维护等问题；
（7）安装场合。降压式因有降压变压器，占地空间大。3.3.2 直挂式和降压式投资对比
电压等级35 kV，无功容量为6 Mvar、8 Mvar和10 Mvar，风冷、集装箱安装的直挂式和降压式SVG，设备及安装费对比见表4。
表4 投资对比表
无功容量降压式（万元）直挂式（万元）
6 MVar8588
8 MVar106103
10 MVar126119
从对比结果来看，对于35 kV及以上电压等级，容量较小的无功补偿装置，建议选用降压式；对于容量在8 Mvar以上时，选用直挂式更具经济性。若项目场址处于低纬度区域，气候干燥炎热，冷却方式建议采用水冷。
4  结语
（1）经对项目案例计算，在该电站满发，光伏系统效率为81%的工况下，30 MWp光伏电站感性功率为5283 kvar，容性充电功率为802 kvar。在多云、阴雨天或者晚上，光伏电站无功容量会减少，上文计算了光伏电站满发运行时的最大无功容量需求，为工程设计提供参考。
（2）SVG因其易操作、高性能、高可靠性等优点，是目前解决光伏电站无功补偿最常用的方式。在工程设计中，需从技术和经济上进行比较分析，以保障光伏电站全寿命周期内的经济效益和对电网的友好性。
参考文献
[1]  孟庆天等.光伏电站无功补偿容量分析与计算[J].电力电容器与无
svg图功补偿，2012（12）：53-58.

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