光伏電站電量不平衡綜合廠用電率偏高原因分析及問題解決

陳新強

（甘肅大唐新能源有限公司，甘肅隴南 742107）

光伏電站電量不平衡綜合廠用電率偏高原因分析及問題解決

陳新強

（甘肅大唐新能源有限公司，甘肅隴南 742107）

針對光伏電站綜合廠用電率和電量不平衡率偏大問題進行原因分析并采取了措施解決了問題。并根據現場的缺陷處理和檢修實際，總結出了一些計量方面的經驗和方法，以供同行借鑒。

指標異常 故障分析診斷 故障排除 問題前后指標對比

大唐武威太陽能電站位于騰格里沙漠邊緣的甘肅武威陽光產業示范區內，是國家“十一五”863計劃科技示范項目，是我國第一座荒漠化并網光伏電站。電站占地面積約45畝，裝機總容量為0.5兆瓦，電站由中國大唐集團公司全資子公司——大唐甘肅發電有限公司出資建設，合作單位有武威市人民政府、國家863計劃攻關聯合體，現由甘肅大唐新能源有限公司負責生產運營管理。

本項目是由北京市計科能源新技術開發公司、甘肅省科學院自然能源研究所和合肥陽光電源有限公司聯合申報的“十一五” 國家高技術研究發展計劃（863計劃）先進能源領域“MW級并網光伏電站系統”重點項目課題項目，是我國第一批光伏發電大規模應用的試點項目。

該項目于2007年4月經過科技部立項，2008年4月開工建設，裝機容量0.5兆瓦，于2008年12月19日建成投產。電站太陽能電池方陣分為三種形式，其中，固定式方陣容量300千瓦，單軸跟蹤方陣容量100千瓦，雙軸跟蹤方陣容量100千瓦。發電系統分為3種：3個100千瓦固定支架發電系統；1個100千瓦單軸跟蹤發電系統；1個100千瓦雙軸跟蹤發電系統。3個100千瓦固定支架發電系統配備2臺100千瓦、250千瓦并網逆變器。單軸和雙軸發電系統各配1臺100千瓦逆變器。所有逆變器的輸出并聯在一起，統一通過一臺630千伏安的變壓器并入10千伏電網。共采用單晶硅太陽能電池板2944塊。四組太陽能極板將直流電經過IGBT逆變成交流380V后，通過10kV變壓器升壓，向武威農網供電。

圖1

圖2

圖3

圖4

1 存在的問題

該電站在投運的前幾年，由于農網用電機械變化較大，農電時常要求光伏電站對出線相序進行變更，因電站專業人員技術能力較差，且管理人員對電站容量較小，發電量與上網電量統計、計算不分析，當一次相序變更時，沒有監督農網電力公司對二次計量相序也同時進行更改，加之武威光伏電站設計、安裝存在不足，即10kV出線僅裝一塊關口電能計量表（0.2級三相三線制數字電能表，無關口計量副表），電站10KV變壓器的高壓開關側設計安裝了一塊2.0級三相三線制機械轉盤式電能表（安裝時，二次接線錯誤，該表計不計量）。故導致多年上網電量計量錯誤。

2 問題查找及分析

2013年武威光伏電站移交大唐甘肅新能源管理后，對該電站上網電量與廠用電量統計報表分析時，發現該電站年綜合廠用電率高達35.76%，電量不平衡率年均達31.58%。這在全國無論是何種形式的發電，都是不可能的，通過認真分析，判定現場計量表計或接線存在嚴重錯誤。2014年5月6日立即組織專業人員對該電站關口計量裝置接線進行了全面核查，發現出線關口計量裝置與變壓器高壓側電能計量裝置均存在嚴重的錯誤接線，其錯誤分析如下：

2.1 電能計量方式、種類及適用范圍

電能有三種：

（1）單相計量方式，該計量方式僅適合于單相用電負載或三相完全平衡對稱負載。

即 W=U*I*t或W=3U*I*t。

（2）三相三線制計量方式，該計量方式僅適用于無論三相是否對稱。

即W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IA*COS（ΨA+30°）+ UCB*IC*COS（ΨC-30°）｝* t

若三相對稱，負載平衡時

W=（P1+P2）* t

（3）三相四線制計量方式，該計量方式無論負載是否對稱，均可正確計量。

即 W=（P1+P2+P3）* t

=｛UA*IA*COSΨA+UB*IB*COSΨB+UC*IC*COSΨC｝*t

2.2 武威光伏電站電能計量實際接線情況

2.2.1 10kV出線關口電能表實際計量接線

查找和問題分析首先對10kV出線關口電能用電流互感器、電壓互感器的銘牌進行進行了檢查，其銘牌標注等級0.2S級，符合關口計量標準要求（計量關口電能表為0.2級），用互感器校驗儀對電流、電壓互感器的變比、極性進行了測試，均與互感器銘牌標注相符。當檢查變壓器高壓側電纜至出線端口的電纜頭相序時，發現電纜相序色標與出線相序色標不否，出線A、B、C色標黃、綠、紅正確，變壓器A、B、C的色標是紅、綠、黃，經過與電站人員了解，幾年前農網改過線路相序，而電站將變壓器高壓側的電纜相序也對應進行了更改，但電纜色標未改，出線與變壓器相序是一致的，只是變壓器高壓側電纜色標相反。而后再對關口電能表二次接線進行檢查時，發現二次接線錯誤，即線路一次相序更改后，計量表計的電流二次線未改，其向量圖：（如圖1）

電能計量方式計算：

W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IA*COS（30°+ΨA）+UCB*IC*COS（30°-Ψ）｝*t

而現場實際A、C相電流相序不僅接反，且C相極性也接反，其向量圖：（如圖2）

電能計量方式計算：

W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IC*COS（90°+ΨC）+ UCB*IAc（90°+ΨA）｝* t

=-2U*I*SinΨ* t

因電站功率為感性，且COSΨ＞0.755，故計量電能變小。

2.2.2 武威光伏電站10kV變壓器高壓側開關柜內電能表實際計量接線

對武威光伏電站10kV變壓器高壓側開關柜內電能表用電流、電壓互感器銘牌進行了檢查，其等級標注均為0.5級，而安裝的電能表為2.0級的轉盤式機械表，不符合考核計量電量的要求，用用互感器校驗儀對電流、電壓互感器的變比、極性進行了測試，均與互感器銘牌標注相符。但核對檢查電能表二次接線時，發現安裝配線出現嚴重失誤，其向量圖：（如圖3）

電能計量方式計算：

W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IA*COS（30°+ΨA）+UCB*IC*COS（30°-Ψ）｝*t

而實際A、C相電流不僅相序接反，而且極性接反，其其向量圖：（如圖4）

計量方式變為：

W=（P1+P2）* t

=｛UAB*IC*COS（90°+ΨC）+ UCB*（-IA）*COS（90°-ΨA）｝*t

=｛UAB*IC*SinΨC+-UCB*IA*SinΨA｝* t

=0

由公式計算得電能為0，故電能表不轉，即不走字，無法計量。

3 武威光伏電站電能計量實際接線錯誤更改情況：

3.1 10kV出線關口電能計量接線糾正

通過對武威光伏電站10kV出線關口電能計量裝置及10kV開關柜內機械電能表接線檢查，發現出線關口A、C相電流相序不僅接反，且C相極性也接反后，聯系武威農網計量專業人員進行核查，次日農網計量專業人員攜帶儀器對武威光伏電站10kV出線關口電能計量接線進行了全面檢查，認定實際接線確實錯誤后，對表計錯誤接線進行了糾正。技術人員對站內10kV開關柜內機械電能表接線A、C相電流不僅相序接反，而且極性也接反，進行了糾正。通過兩天的出線關口電量與發電量比較，其上網電量低于發電量的1%左右，屬計量正確。

3.2 10kV開關柜電能計量裝置改造

武威光伏電站在最初設計時，其關口計量裝置僅裝有主表，未安裝關口計量副表，電站變壓器高壓側雖然設計有電能表，但安裝時，接線錯誤，且電能表為接線式轉盤表，等級較低，自投產至今，該表計未計量過，此次關口主表出現計量錯誤時，與農網的交涉沒有依據，故很難追回電量損失，為便于對出線關口電量的檢測，以及電站運行人員對發電量、上網電量、廠用電量的統計、分析，決定將電站站內變壓器高壓側機械式電能表更換為0.5級多功能數顯電能表，將此表作為關口表的副表，方便了運行人員每日對發電量、上網電量、廠用電量的統計、分析、計算，若出線關口表再發生此類計量錯誤時，可將站內變壓器高壓側電能表的數據做依據，與農網進行協調，補回電量損失。

4 結語

大唐甘肅新能源武威光伏電站，自2014年5月6日糾正10kV出線關口電能表接線錯誤，并更換站內10kV變壓器高壓側電能表至今，通過5個月的運行、統計、分析，其發電量減去廠用電量與上網電量相比一致，廠用電量占發電量的1%—2%，綜合廠用電率、電量平衡趨于正常，綜合場用電率大幅下降。取得經驗是今后一次相序變更時，要及時監督農網電力公司對二次計量相序也同時進行更改。

［1］李奇越編.電氣測量技術.合肥工業大學.

［2］中華人民共和國電力行業標準.多功能電度表，DL/T614-2007.

［3］中華人民共和國電力行業標準.電能計量裝置技術管理規程，DL/ T448-2000.