岚县毕家坡2.7MW光伏扶贫电站外送电压偏高分析

2016年10月17日，能源局、国务院扶贫办下发《关于下达第一批光伏扶贫项目的通知》（国能新能2016[280]号）文件，分配4MW光伏扶贫指标至山西省岚县。其中，岚县毕家坡建设2.7MW光伏电站。

岚县毕家坡光伏电站采用270W光伏组件，逆变器功率为50kW，采用组串式逆变器；两台1250kVa变压器及高低压成套设备。电站所用逆变器、汇流箱、箱式变电站均为国内主流厂家生产。光伏发电系统总效率约为81%，采用分块发电、集中并网方案。

该工程于3月15日正式进场施工，经过2个半月的紧张施工，于5月31日正式并网发电。在试运行阶段，发现箱变高压侧电压偏高，导致逆变器超压报警停机、箱变超压报警等异常现象。针对以上现象，我们采取现场试验法及理论数据计算法进行分析。

一、现场试验法：

1、试验指导思想：按照潮流分析原理，发电侧电压高于受电侧电压，方能进行电能量输送。发电侧电压为毕家坡电站高压出口电压，受电侧电压为普明110kV变电站。即：普明110kV变电站母线电压+线路压降=毕家坡电站高压出口电压。

2、测试条件：

1）天气晴朗，不影响光伏组件发电；

2）人员配备充足，光伏电站与普明110kV变电站同时安排人员记录数据；

3、试验流程：1）毕家坡电站满负荷发电时，同时记录毕家坡电站高压出口电压及普明110kV变电站10kV母线电压；

2）毕家坡电站一半负荷发电时，同时记录毕家坡电站高压出口电压及普明110kV变电站10kV母线电压；

3)毕家坡电站四分之一负荷发电时，同时记录毕家坡电站高压出口电压及普明110kV变电站10kV母线电压；

4）毕家坡电站停发电时，同时记录毕家坡电站高压出口电压及普明110kV变电站10kV母线电压；

4、本次测试日期选择在2017年8月25日，天气多云转晴。本次测试天气情况较好，太阳光线充足，满足测试条件。

12点20分时，光伏电站满发状态下，记录普明变电站10kV母线电压为10.74kV，毕家坡高压出口三相平均电压为12.12kV；12点40分时，光伏电站一半发电状态下，记录普明变电站10kV母线电压为10.74kV，毕家坡高压出口三相平均电压为11.79kV；13点00分时，光伏电站四分之一发电状态下，记录普明变电站10kV母线电压为10.74kV，毕家坡高压出口三相平均电压为11.31kV；13点20分时，光伏电站不发电状态下，记录普明变电站10kV母线电压为10.73kV，毕家坡高压出口三相平均电压为10.73kV。如下表所示：

表1：测试记录表

图1：电压测试记录

5、试验结果分析：光伏电站发电状态由满发至不发电四种发电状态下，普明110kV变电站10kV母线电压基本没变化（10.74kV-10.73kV），而光伏电站高压侧出口电压由12.12kV降低至10.73kV。电流也由70.07A降至0A。电流大小直接影响线路损耗，即电流越大，线路损耗越大，线路压降越大；电流越小，线路损耗越小，线路压降越小。根据电力潮流原理，普明110kV光伏电站10kV母线电压不变，输送电流越大，线路电阻越大，线路压降越大，导致毕家坡光伏电站送出电压越大；输送电流越小，线路电阻越小，线路压降越小，导致毕家坡光伏电站送出电压越小。

6、试验结果：光伏电站满发状态下，输出电流较大，输电线路压降增大，导致毕家坡高压侧电压较大。

二、理论计算分析法：

根据欧姆定律：U=IRP=U*I，即电压等于电流与电阻乘积。现实情况下，电能输送一定会有损失，即P=I2R，即导线电阻一定，电流（主要取决于发电功率）越大，线路损失功率越大。主要表现在电压降，即Δ。即电压损失主要由输送电流确定，电流（主要取决于发电功率）越大，压降越大。

根据《电力工程高压送电线路设计手册》（2003版），

ΔU：电压降百分比；

P：有功功率（MW）；

r:导线每公里直流电阻（Ω/km）

α:功率因素角；

X：每公里电抗（Ω/km）

Un2:该线路的电压等级（kV）

L:该段线路长度为13km

根据电站总容量2.7MW，发电效率为0.81，算出有功功率为2.187MW；

导线选型为JKLGTJ-10-95，查手册得知，该导线每公里直流电阻为0.3058Ω/km

根据线路几何关系，查询手册，得知该导线每公里电抗为0.353Ω/km；

根据功率因数，一般取COSα=0.9，计算得知tgα=0.4843;

该段线路电压等级为10kV线路。

将以上数据带入公式：得知：

=13.52%

即输送线路有15.6%压降。

根据已知条件，普明变电站10kV母线电压为10.73kV，由电压降百分比推算出毕家坡光伏电站高压侧电压为U==12.18kV。即推算得知，毕家坡电站高压侧出口电压为12.18kV。经理论计算，毕家坡电站高压侧出口为12.18kV，与实测值12.12kV相差0.06kV，占比0.5%。因现场测试受天气条件（光照、气温、风速、粉尘）影响，理论计算与实际测量值有一定偏差。

通过以上两种方法（现场试验法、理论计算分析法）得知，基本可以判定，毕家坡电站电压抬高是因为线路压降大所致。普明110kV母线电压一定，线路越长，线路电抗，线路直流电阻越大，光伏电站功率越大，电压降越大。倒逼普明光伏电站出口电压抬高，致使低压侧光伏逆变器出口电压抬高。

三、结论：

因13.52%电压降已远远超出高压输电线路压降指标，电能损失较大。已向业主单位汇报该结果，建议重新制定可行的接入方案，或者优化现有光伏电站接入方案，优化接入线路参数。满足相关电力接入规定。

本文原载于《电工技术》杂志2017年第12期

作者：

晋能集团信息服务有限公司 段晓杰

晋能清洁能源光伏工程公司 侯志鹏