光伏电站电量不平衡综合厂用电率偏高原因分析及问题解决
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【摘 要】 针对光伏电站综合厂用电率和电量不平衡率偏大问题进行原因分析并采取了措施解决了问题。并根据现场的缺陷处理和检修实际，总结出了一些计量方面的经验和方法，以供同行借鉴。
【关键词】 指标异常 故障分析诊断 故障排除 问题前后指标对比
大唐武威太阳能电站位于腾格里沙漠边缘的甘肃武威阳光产业示范区内，是国家“十一五”863计划科技示范项目，是我国第一座荒漠化并网光伏电站。电站占地面积约45亩，装机总容量为0.5兆瓦，电站由中国大唐集团公司全资子公司――大唐甘肃发电有限公司出资建设，合作单位有武威市人民政府、国家863计划攻关联合体，现由甘肃大唐新能源有限公司负责生产运营管理。
本项目是由北京市计科能源新技术开发公司、甘肃省科学院自然能源研究所和合肥阳光电源有限公司联合申报的“十一五” 国家高技术研究发展计划（863计划）先进能源领域“MW级并网光伏电站系统”重点项目课题项目，是我国第一批光伏发电大规模应用的试点项目。
该项目于2007年4月经过科技部立项，2008年4月开工建设，装机容量0.5兆瓦，于2008年12月19日建成投产。电站太阳能电池方阵分为三种形式，其中，固定式方阵容量300千瓦，单轴跟踪方阵容量100千瓦，双轴跟踪方阵容量100千瓦。发电系统分为3种：3个100千瓦固定支架发电系统;1个100千瓦单轴跟踪发电系统;1个100千瓦双轴跟踪发电系统。3个100千瓦固定支架发电系统配备2台100千瓦、250千瓦并网逆变器。单轴和双轴发电系统各配1台100千瓦逆变器。所有逆变器的输出并联在一起，统一通过一台630千伏安的变压器并入10千伏电网。共采用单晶硅太阳能电池板2944块。四组太阳能极板将直流电经过IGBT逆变成交流380V后，通过10kV变压器升压，向武威农网供电。
1 存在的问题
该电站在投运的前几年，由于农网用电机械变化较大，农电时常要求光伏电站对出线相序进行变更，因电站专业人员技术能力较差，且管理人员对电站容量较小，发电量与上网电量统计、计算不分析，当一次相序变更时，没有监督农网电力公司对二次计量相序也同时进行更改，加之武威光伏电站设计、安装存在不足，即10kV出线仅装一块关口电能计量表（0.2级三相三线制数字电能表，无关口计量副表），电站10KV变压器的高压开关侧设计安装了一块2.0级三相三线制机械转盘式电能表（安装时，二次接线错误，该表计不计量）。故导致多年上网电量计量错误。
2 问题查找及分析
2013年武威光伏电站移交大唐甘肃新能源管理后，对该电站上网电量与厂用电量统计报表分析时，发现该电站年综合厂用电率高达35.76%，电量不平衡率年均达31.58%。这在全国无论是何种形式的发电，都是不可能的，通过认真分析，判定现场计量表计或接线存在严重错误。2014年5月6日立即组织专业人员对该电站关口计量装置接线进行了全面核查，发现出线关口计量装置与变压器高压侧电能计量装置均存在严重的错误接线，其错误分析如下：
2.1 电能计量方式、种类及适用范围
电能有三种：
（1）单相计量方式，该计量方式仅适合于单相用电负载或三相完全平衡对称负载。
即 W=U*I*t或W=3U*I*t。
（2）三相三线制计量方式，该计量方式仅适用于无论三相是否对称。
即W=（P1+P2）* t
={UAB*IA*COS（ΨA+30°）+ UCB*IC*COS（ΨC-30°）}* t
若三相对称，负载平衡时
W=（P1+P2）* t
=（U*I*COSΨ）*t。
（3）三相四线制计量方式，该计量方式无论负载是否对称，均可正确计量。
即 W=（P1+P2+P3）* t
={UA*IA*COSΨA+UB*IB*COSΨB+UC*IC*COSΨC}*t
2.2 武威光伏电站电能计量实际接线情况
2.2.1 10kV出线关口电能表实际计量接线
查找和问题分析首先对10kV出线关口电能用电流互感器、电压互感器的铭牌进行进行了检查，其铭牌标注等级0.2S级，符合关口计量标准要求（计量关口电能表为0.2级），用互感器校验仪对电流、电压互感器的变比、极性进行了测试，均与互感器铭牌标注相符。当检查变压器高压侧电缆至出线端口的电缆头相序时，发现电缆相序色标与出线相序色标不否，出线A、B、C色标黄、绿、红正确，变压器A、B、C的色标是红、绿、黄，经过与电站人员了解，几年前农网改过线路相序，而电站将变压器高压侧的电缆相序也对应进行了更改，但电缆色标未改，出线与变压器相序是一致的，只是变压器高压侧电缆色标相反。而后再对关口电能表二次接线进行检查时，发现二次接线错误，即线路一次相序更改后，计量表计的电流二次线未改，其向量图：（如图1）
电能计量方式计算：
W=（P1+P2）* t
={UAB*IA*COS（30°+ΨA）+UCB*IC*COS（30°-Ψ）}*t
=（U*I*COSΨ）*t
而现场实际A、C相电流相序不仅接反，且C相极性也接反，其向量图：（如图2）
电能计量方式计算：
W=（P1+P2）* t
={UAB*IC*COS（90°+ΨC）+ UCB*IAc（90°+ΨA）}* t
=-2U*I*SinΨ* t
因电站功率为感性，且COSΨ>0.755，故计量电能变小。
2.2.2 武威光伏电站10kV变压器高压侧开关柜内电能表实际计量接线
对武威光伏电站10kV变压器高压侧开关柜内电能表用电流、电压互感器铭牌进行了检查，其等级标注均为0.5级，而安装的电能表为2.0级的转盘式机械表，不符合考核计量电量的要求，用用互感器校验仪对电流、电压互感器的变比、极性进行了测试，均与互感器铭牌标注相符。但核对检查电能表二次接线时，发现安装配线出现严重失误，其向量图：（如图3）
电能计量方式计算：
W=（P1+P2）* t
={UAB*IA*COS（30°+ΨA）+UCB*IC*COS（30°-Ψ）}*t
=（U*I*COSΨ）*t
而实际A、C相电流不仅相序接反，而且极性接反，其其向量图：（如图4）
计量方式变为：
W=（P1+P2）* t
={UAB*IC*COS（90°+ΨC）+ UCB*（-IA）*COS（90°-ΨA）}*t
={UAB*IC*SinΨC+-UCB*IA*SinΨA}* t
=0
由公式计算得电能为0，故电能表不转，即不走字，无法计量。
3 武威光伏电站电能计量实际接线错误更改情况：
3.1 10kV出线关口电能计量接线纠正
通过对武威光伏电站10kV出线关口电能计量装置及10kV开关柜内机械电能表接线检查，发现出线关口A、C相电流相序不仅接反，且C相极性也接反后，联系武威农网计量专业人员进行核查，次日农网计量专业人员携带仪器对武威光伏电站10kV出线关口电能计量接线进行了全面检查，认定实际接线确实错误后，对表计错误接线进行了纠正。技术人员对站内10kV开关柜内机械电能表接线A、C相电流不仅相序接反，而且极性也接反，进行了纠正。通过两天的出线关口电量与发电量比较，其上网电量低于发电量的1%左右，属计量正确。
3.2 10kV开关柜电能计量装置改造
武威光伏电站在最初设计时，其关口计量装置仅装有主表，未安装关口计量副表，电站变压器高压侧虽然设计有电能表，但安装时，接线错误，且电能表为接线式转盘表，等级较低，自投产至今，该表计未计量过，此次关口主表出现计量错误时，与农网的交涉没有依据，故很难追回电量损失，为便于对出线关口电量的检测，以及电站运行人员对发电量、上网电量、厂用电量的统计、分析，决定将电站站内变压器高压侧机械式电能表更换为0.5级多功能数显电能表，将此表作为关口表的副表，方便了运行人员每日对发电量、上网电量、厂用电量的统计、分析、计算，若出线关口表再发生此类计量错误时，可将站内变压器高压侧电能表的数据做依据，与农网进行协调，补回电量损失。
4 结语
大唐甘肃新能源武威光伏电站，自2014年5月6日纠正10kV出线关口电能表接线错误，并更换站内10kV变压器高压侧电能表至今，通过5个月的运行、统计、分析，其发电量减去厂用电量与上网电量相比一致，厂用电量占发电量的1%―2%，综合厂用电率、电量平衡趋于正常，综合场用电率大幅下降。取得经验是今后一次相序变更时，要及时监督农网电力公司对二次计量相序也同时进行更改。
参考文献：
[1]李奇越编.电气测量技术.合肥工业大学.
[2]中华人民共和国电力行业标准.多功能电度表，DL/T614-2007.
[3]中华人民共和国电力行业标准.电能计量装置技术管理规程，DL/T448-2000.