我公司功率補償裝置改造實例

崔 寧（山東魯碧建材有限公司,山東 濟南 271101）

0 前言

隨著國家雙碳目標的提出，采用新能源進行能源替代，既是企業降本增效的手段，也是企業社會責任的體現。我公司在采礦破碎車間，投資建設了3MW分布式光伏發電項目，并于2021年5月并網發電。光伏發電投用，節省了電費支出，效果良好，但當發電量較高時，功率補償裝置工作紊亂，無法正常工作，造成功率因數降低，產生力調電費。本文介紹了一種改造方案，僅增加功率補償修正裝置、投資較小的情況下，即可解決此問題。

1 存在的問題及原因分析

采礦破碎車間有10kV進線一條，接入配電室總進線柜，配電室分兩段10kV線：10kV母線一段和10kV母線二段，分別裝有兩套功率補償裝置，合計容量分別為3000kVar和1200kVar，每套裝置配一臺功率補償控制器，每臺控制器控制3臺無功補償電容柜。兩段10 kV線出線柜負荷合計容量7 080 kVA，實際運行負荷約2 500 kW。光伏發電投用之前功率補償裝置一直自動投切，工作穩定，功率因數保持在0.9以上，電網系統圖見圖1。

圖1 電網系統圖

由圖1可知，從左至右、從下至下分別為10kV進線、總進線計量柜、總進線柜、10kV母線一段、出線柜6面（3用3備）、10kV母線一段功率補償裝置3 000 kVar、10 kV母線一段與10 kV母線二段連接電纜、10kV母線二段進線計量柜、10kV母線二段進線柜、出線柜2面（在用）、10kV母線一段功率補償裝置1200kVar、3MW光伏并網柜。

光伏發電投用后6月功率因數0.87、7月功率因數0.75，分別產生了1.5%、7.5%的力調電費。具體現象表現為：當光伏不發電或發電功率較低時，功率補償裝置正常投用，功率因數能達到0.9以上；當光伏發電功率較大時，功率因數只能達到0.6左右，且功率補償裝置控制命令頻繁，對功率補償裝置設備安全和功率因數保證都造成了影響。

2 原因分析

造成此現象的原因是實際用電負荷最高只有2 500kW左右，而光伏發電功率最高達到2 700 kW，功率補償裝置取樣點取自進線柜電流，無法采取到光伏發電電流，當光伏發電較高時造成功率補償控制器采取到電流中有功部分在光伏發電高峰的時候急劇變小、甚至為負數（電量上網時），見圖2。自電網輸入的有功功率很低（圖2中有功147 kW、無功552 kVar、功率因數0.229），甚至為負數（圖2中有功-62 kW、無功313 kVar、功率因數 0.012）,造成功率補償裝置無法判斷而補償混亂，使功率因數降低。

圖2 光伏發電較高時有功部分數據

3 改造方案

傳統的改造方式需要將原有的靜態補償功率補償裝置更換為動態式功率補償裝置，但此方案投資額度較大，且有一定的訂貨、改造周期。最終采用功率補償修正裝置來修正無功補償控制器的采樣電流，使功率補償控制器正確判斷負荷情況進行補償。

（1）兩臺功率補償柜內，各安裝一套功率補償修正裝置。

（2）光伏并網柜內安裝兩套電表，采集光伏并網柜電流、電壓信號后，通過485通訊傳分別遞至兩套功率補償修正裝置。

（3）進線柜內安裝兩套電表，采集進線柜電流、電壓信號后，通過485通訊傳分別遞至兩套功率補償修正裝置。

（4）取進線柜電壓信號至兩套功率補償修正裝置，確保兩套功率補償修正裝置輸出電流信號與功率補償裝置同相位角。

（5）由修正裝置通過采集到的數據角度和邏輯進行計算，補償裝置內置標準電流源，可通過MCU控制電流源輸出計算后的電流，電流信號并接至功率補償控制器，見圖3?？傔M線柜內、光伏并網柜內分別安裝2只三相多功能表、2臺功率補償柜內分別安裝1套功率補償修正裝置。三相多功能表采集的電流、電壓信號，通過485通訊傳分別遞至2套功率補償修正裝置。2套功率補償修正裝置分別取進線柜的電壓信號（進線柜電壓信號已接至2臺功率補償出線柜內，直接自功率補償出線柜取信號）。2套功率補償修正裝置輸出電流修正信號分別至2臺功率補償柜內控制器。通過矯正數據來源，使得電容柜能夠準確投切，從而保證整個系統的功率因數不降低。

圖3 矯正數據過程

4 改造效果

功率補償修正裝置經過多次調試、修正后，在8月中旬改造完成并投用，通過功率補償修正裝置的修正，功率補償柜工作穩定，8月功率因數0.89（8月中上旬功率補償裝置工作不正常）、9月功率因數達到0.96，達到了既定目標，改造效果良好。