分布式光伏并網后對功率因數的影響研究

劉璐

摘要：近年來，行業內分布式光伏電站應用逐漸普遍化，該類光伏電站短時間內即可建設完成，各項技術已經趨于成熟，應用后收益較為顯著，深受行業認可。但是受到光伏并網影響，一旦出現用戶功率因數異常情況，將會嚴重影響光伏電站應用效果。本文以實例出發，具體對常見功率因數異常情況進行判斷，并提出相應的無功補償解決方案，通過對比各類解決方案，可為后續相關無功補償問題的研究提供依據，以供參考。

關鍵詞：分布式光伏并網;功率因數;接入點

引言：工商企業通常電價較高，并且在運行過程中耗電量巨大，因此，通過應用中小型分布式光伏發電，落實余電上網模式，借助自發自用，能夠有效緩解企業用電壓力，減少企業用電費用，在提升企業經濟效益的同時，有利于進一步優化企業社會效益。但是在分布式光伏發電應用過程中，功率因數異常情況也十分突出，需要工作人員加強在這一方面的重視度。

1.分布式光伏發電概述

分布式光伏發電屬于一種光伏發電設施，可通過將其安裝在需供電場地附近完成發電。該類光伏發電能夠支持太陽能資源使用，不僅具有良好的清潔性，在高效性方面也較為顯著。通過將其應用在用電需求較高的企業中，能夠在一定程度上取代化石能源，降低企業用電費用。同時，因為分布式光伏發電具有就近利用原則，在光伏電站規模相同的情況下，該類發電能夠有利于優化發電量，并且不需要長途運輸，能夠在最大程度上降低電力損耗，應用前景廣闊。但是需要注意的是，該類光伏發電項目在使用過程中必須連接公共電網，由兩者共同完成供電任務[1]。

分布式光伏系統主要包括兩部分。其中，逆變器具有跟蹤光伏電池的功能，有利于對并網電流進行控制，在促進電能逆轉的同時，有利于在電網中并入正向電流，不僅可提高傳送效率，還能夠保持使其與光伏列陣保持平衡。在光伏并網系統中，光伏電池主要負責能量傳輸，將會直接對電壓以及電流曲線產生影響。

并且在溫度、光照不同的情況下，輸出功率也會出現變化。借助變換器，能夠使光伏系統中存在的直流電，改變為交流電。

2.功率因數異常問題

2.1設備反復投切

某企業結合自身實際情況，選擇接入2.2MW分布式光伏發電站，2個并網點均連接在變壓器中，無功補償裝置安裝在低壓AC380V母線處。在運行后，工作人員經檢測發現應用光伏發電站后，一旦發電功率進入到臨界點，使用無功補償裝置加以測量，將檢測出功率因數異常情況，進而呈現電容器反復投切狀態，對配電網運行十分不利。

對這一問題進行分析，工作人員經準確測量后，在光伏發電站中，功率因數呈現異常情況，電容器處于反復投切狀態，但是觀察無功補償設備，其仍處于正常運行狀態。基于這一情況，工作人員斷開光伏電站，進一步觀察功率因數，發現其恢復正常。究其原因，在通過無功補償裝置對采樣點進行檢測后，可正式安裝光伏電站，并獲取到具體的有功、無功功率，并以P1、Q1予以表示，經檢測后，可得到公式為 ，表示功率因數。在完成光伏電站安裝后，可正式將其投入使用，并由光伏電站、市電共同承擔企業用電負荷，以控制器檢測值作為電網功率因數考核標準。其中，用電負荷、光伏電站、市電分別以（P，Q），（P2，Q2），（P1，Q1）表示，在這一過程中，如果光伏電站達到電功率值P2，負載負荷功率將基本趨于0，而因為逆變器在出廠時功率因數趨于1，所以將無法提供大量無功功率，進而使Q2接近為0，因此，工作人員往往需要另外投入電容器組，補充無功功率，確保功率因數與電網考核要求相符。投入電容器組后，Q1下降，當其跌至無功補償裝置下限值時，在電容器組數量不增加的情況下，將會引發電容器組頻繁投切，從而使功率因數穩定性下降，在嚴重的情況下，還會出現功率因數急劇下降的情況。

基于上文情況，在應用控制器完成信息采集過程中，工作人員應將光伏電站因數這一因素考慮在內，在明確原有采樣設備信息基礎上，選擇與其在規格、型號方面均一致的采樣CT安裝在光伏并網柜中，并借助電流互感器，使采樣CT與控制器相連接，實現對上文問題的解決，改造方案見圖1。利用這一改造方案后，經專業人員參與檢測，企業內部無功補償裝置處于正常運行狀態，上文問題未有出現，改造效果良好[2]。

2.2設備退出

由上文可知，通過接入采樣CT，可有效解決功率因數異常情況，但是也會增加無功補償設備運行退出風險。

受企業效益影響，其負荷工作時間并不固定，在負荷不斷變化的情況下，對比工廠負荷功率，如果光伏系統發電功率處于較高的狀態，將會呈現電量側反送情況，進而引發電容器組退出。究其原因，電容器組退出與控制器逆向功率判斷準確性有關，一旦控制器判斷失誤，將會直接出現電容器組退出情況，導致功率因數降低。因此，工作人員可選擇兩種解決方法：（1）合理選擇無功補償設備，要求其在滿足基本功能的基礎上，還要具備支持逆向功率的能力。功率因數能夠對電氣設備效率進行衡量。在功率因數較低的情況下，將會直接導致電網運行效率下降，對于供電工作而言十分不利。在獲取到準確有功、無功電量相關數據后，可完成功率因數計算。正常而言，無功電量與功率因數呈負相關關系，即在無功電量較高的情況下，功率因數將會呈現下降趨勢。因此，通過加裝無功補償裝置，能夠優化功率因素，進而實現降低無功功率。（2）可在采樣CT上部設置接入點。

負載基波電流屬于固定值，在經單位功率輸出的情況下，逆變器僅能夠提供部分基波電流，但是逆變器中并不存在諧波分量，基于此，逆變器無法使市電獲取到充足的基波電流，當負載總諧波電流不變時，電流諧波含量將會得以增加，如果含量高于控制器保護定值，將會出現電容器組退出。針對這一情況，主要解決方案分為兩種：（1）在補償控制器中，借助有效手段，適當增加諧波保護限值，為電容器組運行提供保障。但是該方法不利于諧波保護功能，在應用后，將會在一定程度上增加電容器損壞風險。（2）取采樣CT上部，完成接入點設置，并安裝光伏電站。

3.功率因數問題研究

在安裝分布式光伏后，無功補償問題的出現較為常見，主要與多方面因素有關。因此，強調相關工作人員應提高對光伏電站早期安裝設計工作的重視度，做好各類因素考慮，控制功率因數異常問題，確保配電網穩定運行。

正常而言，與轉變容量相比，應將光伏電站裝機容量控制在80%內，即不超過內部配電網最大負荷。在選擇并網點過程中，如果變壓器、光伏電站容量均超過80%，可在采樣CT上部設置接入點，在最大程度上避免在應用光伏電站后，電容器組出現的反復投切問題。同時，如果補償控制系統本身存在問題。例如與諧波告警狀態相接近等，同樣需要在設計過程中，選擇采樣CT上部作為接入點。通過更換接入點位置，能夠有效對各類無功補償問題進行解決，但是因為電網主要以計量點處完成考慮，因此，應用這一方法無法在根本上解決電網罰款問題。

4.功率因數考核采樣點研究

以優化電能使用效率作為重點，我國出臺了相關文件提出，當電力用戶容量超過100kVA時，需要接受功率因數考核，在未達到考核標準的情況下，將會另外加收費用。正常而言，常見功率因數考核標準包括兩類，即0.85、0.90，如果功率因數不足，將會導致電網運行困難，并增加罰款數量。同時，時間段不同，用戶負荷、負荷性質也有所不同，因此，需要用戶科學設置無功補償裝置，合理調整補償力度。我國相關文件規定，受到功率因數影響，如果用戶需要進行電費調整，則要以有功、無功電量作為參考，計算月均功率因數。如果客戶使用光伏用電，將由電網、分布式光伏為患者有功、無功電量提供支撐。但是就目前而言，我國電網考核點仍以電網部分作為重點，并未將光伏分量考慮在內。因此，在后續工作中，應進一步將光伏分量納入到電網考核點中，借助兩者疊加，確保患者實際有功、無功電量計算的準確性，以用戶實際情況出發，合理對光伏電站力率進行調整，確保電網考核精準性[3]。

結論：通過在配電網中接入分布式光伏電站，能夠有效提高配電網運行能力，但是受到多種因素影響，也會增加功率因數異常風險。因此，要求相關工作人員應充分考慮技術、經濟等因素，對各類無功補償解決方案進行綜合分析。本文以具體實際項目為例，深入研究功率因數異常問題，為常見無功補償問題制定了針對性的建議，為分布式光伏電站實際應用提供了有效保障。

參考文獻：

[1]田明昕. 分布式光伏并網對配電網穩態運行的影響研究[D].沈陽農業大學，2020.

[2]康盟越.分布式光伏接入電網后對用戶功率因數的影響分析[J].機電信息，2019（17）：65+67.

[3]李雪松.分布式光伏并網后對功率因數的影響和解決方案[J].上海節能，2018（11）：887-891.