农网低电压治理中的光伏汇流并网柜无功补偿方案
摘要
本方案针对农网低电压问题，结合分布式光伏接入特点，提出基于光伏汇流并网柜的无功补偿技术方案。通过分析农网低电压成因，阐述光伏汇流并网柜无功补偿原理，对比静态与动态补偿技术，结合实际案例展示其在改善电压质量、提升电网稳定性方面的应用效果，为农网低电压治理提供技术参考与实践路径。
一、引言
农村电网（农网）作为乡村振兴战略的重要基础设施，其供电质量直接影响农村生产生活。受线路长、负荷分散、季节性用电波动等因素影响，农网低电压问题长期存在。随着分布式光伏在农村地区的广泛接入，电网潮流分布改变，传统低电压治理手段面临新挑战。光伏汇流并网柜作为光伏系统与电网连接的关键设备，通过集成无功补偿功能，可在提升光伏消纳能力的同时，有效改善农网电压质量，成为农网低电压治理的创新突破口。
二、农网低电压问题成因分析
2.1 电网结构先天不足
农网线路普遍存在供电半径过长、导线截面积过小的问题。部分偏远地区 10kV 线路供电半径超 30km，远超《农村电网建设与改造技术导则》规定的 15km 上限 。过长的供电距离导致线路阻抗增大，根据电压降落公式ΔU=UNPR+QX（ΔU为电压降落，P为有功功率，Q为无功功率，R为线路电阻，X为线路电抗，UN为额定电压），在负荷电流作用下，末端电压降低。同时，配电变压器布点不合理，部分台区供电范围过大，进一步加剧电压损耗。
2.2 负荷特性复杂多变
农村用电具有明显的季节性与时段性。农忙季节，灌溉设备、农产品加工机械集中启动，形成短时高负荷；夜间居民生活用电集中，空调、热水器等大功率设备同时运行，导致配变过载，电压下降。此外，农村大量使用异步电动机等感性负荷，运行时需消耗大量无功功率，使电网功率因数降低，加剧电压降落。
2.3 光伏接入带来的新挑战
分布式光伏接入改变了电网潮流方向。光照充足时，光伏大量输出有功功率，若无法及时消纳，会导致局部节点电压升高；夜间或阴雨天，光伏出力骤降，电网需承担全部负荷，电压易跌落。部分光伏逆变器在满发时以单位功率因数运行，无法为电网提供无功支持，进一步恶化电压稳定性。
三、光伏汇流并网柜无功补偿原理
无功补偿的核心是通过向电网注入或吸收无功功率，调节系统电压水平。当电网无功功率不足时，电压降落增大，通过补偿无功功率可降低ΔU，提升电压。光伏汇流并网柜作为光伏系统与电网的连接枢纽，可通过内置无功补偿装置（如电容器组、静止无功发生器 SVG 等），实时监测电网电压、电流信号，根据电压变化动态调节无功输出，实现对电网电压的有效控制 。
四、光伏汇流并网柜无功补偿技术方案
4.1 静态无功补偿方案
4.1.1 电容器组补偿
电容器组是常见的静态无功补偿装置，通过并联电容器向电网注入容性无功，抵消感性负荷的感性无功，提高功率因数。在光伏汇流并网柜中，可配置固定容量或分级投切的电容器组。当电网电压低于设定阈值时，通过接触器或晶闸管控制电容器组投入；电压恢复正常或过高时，切除电容器组。其优点是结构简单、成本低、维护方便；缺点是补偿效果固定，无法快速响应负荷突变，轻载时易出现过补偿。
4.1.2 电抗器补偿
在光伏出力过大导致电压升高的场景下，可采用电抗器吸收容性无功，降低系统电压。例如，当并网点电压超过额定值 105% 时，投入电抗器抑制电压上升。
4.2 动态无功补偿方案
4.2.1 静止无功发生器（SVG）
SVG 基于电压源换流器（VSC）技术，通过控制 IGBT 等功率器件通断，快速调节输出无功功率大小与方向，响应速度可达毫秒级。SVG 实时检测电网电压、电流，通过锁相环（PLL）获取相位信息，结合直接电流控制、间接电流控制等算法，精准输出所需无功电流，有效稳定电网电压。
4.2.2 静止无功补偿器（SVC）
SVC 包含晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）等类型，通过控制晶闸管触发角，调节电抗器感性无功输出或电容器容性无功投入。与 SVG 相比，SVC 成本较低，但响应速度与补偿精度较差。
五、农网低电压治理中无功补偿应用策略
5.1 基于电压 - 无功控制的自动调节
建立电压 - 无功控制策略，以并网点电压与无功功率为控制变量。设定电压上下限与无功补偿目标值，当电压低于下限时，无功补偿装置自动注入容性无功；高于上限时，输出感性无功，并根据无功需求调整补偿量。
5.2 与配变调压协同控制
将光伏汇流并网柜无功补偿与配电变压器有载调压装置结合。电压偏差较小时，优先通过无功补偿调节；偏差较大且无功补偿无法满足要求时，触发配变有载调压，实现调压与无功优化协同。
5.3 基于智能电网平台的集中控制
利用智能电网通信与控制技术，将多个光伏汇流并网柜无功补偿装置接入区域控制中心。控制中心根据全网电压分布、负荷预测及光伏出力，统一调度补偿装置，实现全局无功优化配置。
六、实践案例分析
6.1 某山区农网低电压治理项目
6.1.1 项目背景
某山区农网供电半径 20km，线路老化，配变容量不足，分布式光伏接入后低电压问题加剧，部分用户端电压低至 180V。
6.1.2 解决方案
在光伏汇流并网柜配置分级投切电容器组与 300kvar 的 SVG。采用电压 - 无功控制策略，电压低于 198V 时，先投入电容器组粗调，未达标则启动 SVG 精细调节；电压高于 235V 时，SVG 输出感性无功。
6.1.3 实施效果
用户端电压提升至 210 - 230V，电压合格率从 75% 提高至 98%，功率因数从 0.78 提升至 0.95，线路损耗降低，光伏消纳能力增强。
6.2 某平原农业区电网优化项目
6.2.1 项目背景
某平原农业区农网负荷季节性波动大，农忙时灌溉设备启动导致电压骤降，光伏大发时电压过高。
6.2.2 解决方案
在光伏汇流并网柜集成 SVC，并与配变有载调压协同控制。负荷增大电压下降时，SVC 优先补偿无功，不达标则调节配变分接头；光伏大发时，根据电压控制 SVC 输出感性无功或调节配变档位。
6.2.3 实施效果
有效缓解电压波动，农忙时电压稳定在 200V 以上，光伏大发时电压可控，减少配变调节次数，延长设备寿命。
七、结论与建议
光伏汇流并网柜无功补偿为农网低电压治理提供了创新路径，通过合理选择补偿技术与应用策略，可改善农网电压质量，提升光伏消纳能力。但在实际应用中，仍面临设备成本高、控制策略需优化、通信可靠性待提升等问题。
未来建议：一是研发高性能、低成本无功补偿器件，降低应用门槛；二是结合人工智能、大数据技术，优化无功补偿控制策略，实现精准预测与智能调节；三是完善农网通信基础设施，保障数据实时可靠传输，推动光伏汇流并网柜无功补偿技术在农网的广泛应用，助力乡村振兴与能源绿色转型。
