我公司功率补偿装置改造实例

崔 宁（山东鲁碧建材有限公司,山东 济南 271101）

随着国家双碳目标的提出，采用新能源进行能源替代，既是企业降本增效的手段，也是企业社会责任的体现。我公司在采矿破碎车间，投资建设了3MW分布式光伏发电项目，并于2021年5月并网发电。光伏发电投用，节省了电费支出，效果良好，但当发电量较高时，功率补偿装置工作紊乱，无法正常工作，造成功率因数降低，产生力调电费。本文介绍了一种改造方案，仅增加功率补偿修正装置、投资较小的情况下，即可解决此问题。

采矿破碎车间有10kV进线一条，接入配电室总进线柜，配电室分两段10kV线：10kV母线一段和10kV母线二段，分别装有两套功率补偿装置，合计容量分别为3000kVar和1200kVar，每套装置配一台功率补偿控制器，每台控制器控制3台无功补偿电容柜。两段10 kV线出线柜负荷合计容量7 080 kVA，实际运行负荷约2 500 kW。光伏发电投用之前功率补偿装置一直自动投切，工作稳定，功率因数保持在0.9以上，电网系统图见图1。

图1 电网系统图

由图1可知，从左至右、从下至下分别为10kV进线、总进线计量柜、总进线柜、10kV母线一段、出线柜6面（3用3备）、10kV母线一段功率补偿装置3 000 kVar、10 kV母线一段与10 kV母线二段连接电缆、10kV母线二段进线计量柜、10kV母线二段进线柜、出线柜2面（在用）、10kV母线一段功率补偿装置1200kVar、3MW光伏并网柜。

光伏发电投用后6月功率因数0.87、7月功率因数0.75，分别产生了1.5%、7.5%的力调电费。具体现象表现为：当光伏不发电或发电功率较低时，功率补偿装置正常投用，功率因数能达到0.9以上；
当光伏发电功率较大时，功率因数只能达到0.6左右，且功率补偿装置控制命令频繁，对功率补偿装置设备安全和功率因数保证都造成了影响。

造成此现象的原因是实际用电负荷最高只有2 500kW左右，而光伏发电功率最高达到2 700 kW，功率补偿装置取样点取自进线柜电流，无法采取到光伏发电电流，当光伏发电较高时造成功率补偿控制器采取到电流中有功部分在光伏发电高峰的时候急剧变小、甚至为负数（电量上网时），见图2。自电网输入的有功功率很低（图2中有功147 kW、无功552 kVar、功率因数0.229），甚至为负数（图2中有功-62 kW、无功313 kVar、功率因数 0.012）,造成功率补偿装置无法判断而补偿混乱，使功率因数降低。

图2 光伏发电较高时有功部分数据

传统的改造方式需要将原有的静态补偿功率补偿装置更换为动态式功率补偿装置，但此方案投资额度较大，且有一定的订货、改造周期。最终采用功率补偿修正装置来修正无功补偿控制器的采样电流，使功率补偿控制器正确判断负荷情况进行补偿。

（1）两台功率补偿柜内，各安装一套功率补偿修正装置。

（2）光伏并网柜内安装两套电表，采集光伏并网柜电流、电压信号后，通过485通讯传分别递至两套功率补偿修正装置。

（3）进线柜内安装两套电表，采集进线柜电流、电压信号后，通过485通讯传分别递至两套功率补偿修正装置。

（4）取进线柜电压信号至两套功率补偿修正装置，确保两套功率补偿修正装置输出电流信号与功率补偿装置同相位角。

（5）由修正装置通过采集到的数据角度和逻辑进行计算，补偿装置内置标准电流源，可通过MCU控制电流源输出计算后的电流，电流信号并接至功率补偿控制器，见图3。总进线柜内、光伏并网柜内分别安装2只三相多功能表、2台功率补偿柜内分别安装1套功率补偿修正装置。三相多功能表采集的电流、电压信号，通过485通讯传分别递至2套功率补偿修正装置。2套功率补偿修正装置分别取进线柜的电压信号（进线柜电压信号已接至2台功率补偿出线柜内，直接自功率补偿出线柜取信号）。2套功率补偿修正装置输出电流修正信号分别至2台功率补偿柜内控制器。通过矫正数据来源，使得电容柜能够准确投切，从而保证整个系统的功率因数不降低。

图3 矫正数据过程

功率补偿修正装置经过多次调试、修正后，在8月中旬改造完成并投用，通过功率补偿修正装置的修正，功率补偿柜工作稳定，8月功率因数0.89（8月中上旬功率补偿装置工作不正常）、9月功率因数达到0.96，达到了既定目标，改造效果良好。

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