分布式光伏并网后对功率因数的影响研究

刘璐

摘要：近年来，行业内分布式光伏电站应用逐渐普遍化，该类光伏电站短时间内即可建设完成，各项技术已经趋于成熟，应用后收益较为显著，深受行业认可。但是受到光伏并网影响，一旦出现用户功率因数异常情况，将会严重影响光伏电站应用效果。本文以实例出发，具体对常见功率因数异常情况进行判断，并提出相应的无功补偿解决方案，通过对比各类解决方案，可为后续相关无功补偿问题的研究提供依据，以供参考。

关键词：分布式光伏并网;功率因数;接入点

引言：工商企业通常电价较高，并且在运行过程中耗电量巨大，因此，通过应用中小型分布式光伏发电，落实余电上网模式，借助自发自用，能够有效缓解企业用电压力，减少企业用电费用，在提升企业经济效益的同时，有利于进一步优化企业社会效益。但是在分布式光伏发电应用过程中，功率因数异常情况也十分突出，需要工作人员加强在这一方面的重视度。

1.分布式光伏发电概述

分布式光伏发电属于一种光伏发电设施，可通过将其安装在需供电场地附近完成发电。该类光伏发电能够支持太阳能资源使用，不仅具有良好的清洁性，在高效性方面也较为显著。通过将其应用在用电需求较高的企业中，能够在一定程度上取代化石能源，降低企业用电费用。同时，因为分布式光伏发电具有就近利用原则，在光伏电站规模相同的情况下，该类发电能够有利于优化发电量，并且不需要长途运输，能够在最大程度上降低电力损耗，应用前景广阔。但是需要注意的是，该类光伏发电项目在使用过程中必须连接公共电网，由两者共同完成供电任务[1]。

分布式光伏系统主要包括两部分。其中，逆变器具有跟踪光伏电池的功能，有利于对并网电流进行控制，在促进电能逆转的同时，有利于在电网中并入正向电流，不仅可提高传送效率，还能够保持使其与光伏列阵保持平衡。在光伏并网系统中，光伏电池主要负责能量传输，将会直接对电压以及电流曲线产生影响。

并且在温度、光照不同的情况下，输出功率也会出现变化。借助变换器，能够使光伏系统中存在的直流电，改变为交流电。

2.功率因数异常问题

2.1设备反复投切

某企业结合自身实际情况，选择接入2.2MW分布式光伏发电站，2个并网点均连接在变压器中，无功补偿装置安装在低压AC380V母线处。在运行后，工作人员经检测发现应用光伏发电站后，一旦发电功率进入到临界点，使用无功补偿装置加以测量，将检测出功率因数异常情况，进而呈现电容器反复投切状态，对配电网运行十分不利。

对这一问题进行分析，工作人员经准确测量后，在光伏发电站中，功率因数呈现异常情况，电容器处于反复投切状态，但是观察无功补偿设备，其仍处于正常运行状态。基于这一情况，工作人员断开光伏电站，进一步观察功率因数，发现其恢复正常。究其原因，在通过无功补偿装置对采样点进行检测后，可正式安装光伏电站，并获取到具体的有功、无功功率，并以P1、Q1予以表示，经检测后，可得到公式为 ，表示功率因数。在完成光伏电站安装后，可正式将其投入使用，并由光伏电站、市电共同承担企业用电负荷，以控制器检测值作为电网功率因数考核标准。其中，用电负荷、光伏电站、市电分别以（P，Q），（P2，Q2），（P1，Q1）表示，在这一过程中，如果光伏电站达到电功率值P2，负载负荷功率将基本趋于0，而因为逆变器在出厂时功率因数趋于1，所以将无法提供大量无功功率，进而使Q2接近为0，因此，工作人员往往需要另外投入电容器组，补充无功功率，确保功率因数与电网考核要求相符。投入电容器組后，Q1下降，当其跌至无功补偿装置下限值时，在电容器组数量不增加的情况下，将会引发电容器组频繁投切，从而使功率因数稳定性下降，在严重的情况下，还会出现功率因数急剧下降的情况。

基于上文情况，在应用控制器完成信息采集过程中，工作人员应将光伏电站因数这一因素考虑在内，在明确原有采样设备信息基础上，选择与其在规格、型号方面均一致的采样CT安装在光伏并网柜中，并借助电流互感器，使采样CT与控制器相连接，实现对上文问题的解决，改造方案见图1。利用这一改造方案后，经专业人员参与检测，企业内部无功补偿装置处于正常运行状态，上文问题未有出现，改造效果良好[2]。

2.2设备退出

由上文可知，通过接入采样CT，可有效解决功率因数异常情况，但是也会增加无功补偿设备运行退出风险。

受企业效益影响，其负荷工作时间并不固定，在负荷不断变化的情况下，对比工厂负荷功率，如果光伏系统发电功率处于较高的状态，将会呈现电量侧反送情况，进而引发电容器组退出。究其原因，电容器组退出与控制器逆向功率判断准确性有关，一旦控制器判断失误，将会直接出现电容器组退出情况，导致功率因数降低。因此，工作人员可选择两种解决方法：（1）合理选择无功补偿设备，要求其在满足基本功能的基础上，还要具备支持逆向功率的能力。功率因数能够对电气设备效率进行衡量。在功率因数较低的情况下，将会直接导致电网运行效率下降，对于供电工作而言十分不利。在获取到准确有功、无功电量相关数据后，可完成功率因数计算。正常而言，无功电量与功率因数呈负相关关系，即在无功电量较高的情况下，功率因数将会呈现下降趋势。因此，通过加装无功补偿装置，能够优化功率因素，进而实现降低无功功率。（2）可在采样CT上部设置接入点。

负载基波电流属于固定值，在经单位功率输出的情况下，逆变器仅能够提供部分基波电流，但是逆变器中并不存在谐波分量，基于此，逆变器无法使市电获取到充足的基波电流，当负载总谐波电流不变时，电流谐波含量将会得以增加，如果含量高于控制器保护定值，将会出现电容器组退出。针对这一情况，主要解决方案分为两种：（1）在补偿控制器中，借助有效手段，适当增加谐波保护限值，为电容器组运行提供保障。但是该方法不利于谐波保护功能，在应用后，将会在一定程度上增加电容器损坏风险。（2）取采样CT上部，完成接入点设置，并安装光伏电站。

3.功率因数问题研究

在安装分布式光伏后，无功补偿问题的出现较为常见，主要与多方面因素有关。因此，强调相关工作人员应提高对光伏电站早期安装设计工作的重视度，做好各类因素考虑，控制功率因数异常问题，确保配电网稳定运行。

正常而言，与转变容量相比，应将光伏电站装机容量控制在80%内，即不超过内部配电网最大负荷。在选择并网点过程中，如果变压器、光伏电站容量均超过80%，可在采样CT上部设置接入点，在最大程度上避免在应用光伏电站后，电容器组出现的反复投切问题。同时，如果补偿控制系统本身存在问题。例如与谐波告警状态相接近等，同样需要在设计过程中，选择采样CT上部作为接入点。通过更换接入点位置，能够有效对各类无功补偿问题进行解决，但是因为电网主要以计量点处完成考虑，因此，应用这一方法无法在根本上解决电网罚款问题。

4.功率因数考核采样点研究

以优化电能使用效率作为重点，我国出台了相关文件提出，当电力用户容量超过100kVA时，需要接受功率因数考核，在未达到考核标准的情况下，将會另外加收费用。正常而言，常见功率因数考核标准包括两类，即0.85、0.90，如果功率因数不足，将会导致电网运行困难，并增加罚款数量。同时，时间段不同，用户负荷、负荷性质也有所不同，因此，需要用户科学设置无功补偿装置，合理调整补偿力度。我国相关文件规定，受到功率因数影响，如果用户需要进行电费调整，则要以有功、无功电量作为参考，计算月均功率因数。如果客户使用光伏用电，将由电网、分布式光伏为患者有功、无功电量提供支撑。但是就目前而言，我国电网考核点仍以电网部分作为重点，并未将光伏分量考虑在内。因此，在后续工作中，应进一步将光伏分量纳入到电网考核点中，借助两者叠加，确保患者实际有功、无功电量计算的准确性，以用户实际情况出发，合理对光伏电站力率进行调整，确保电网考核精准性[3]。

结论：通过在配电网中接入分布式光伏电站，能够有效提高配电网运行能力，但是受到多种因素影响，也会增加功率因数异常风险。因此，要求相关工作人员应充分考虑技术、经济等因素，对各类无功补偿解决方案进行综合分析。本文以具体实际项目为例，深入研究功率因数异常问题，为常见无功补偿问题制定了针对性的建议，为分布式光伏电站实际应用提供了有效保障。

参考文献：

[1]田明昕. 分布式光伏并网对配电网稳态运行的影响研究[D].沈阳农业大学，2020.

[2]康盟越.分布式光伏接入电网后对用户功率因数的影响分析[J].机电信息，2019（17）：65+67.

[3]李雪松.分布式光伏并网后对功率因数的影响和解决方案[J].上海节能，2018（11）：887-891.