分布式工商业光伏无功补偿方案

前言

最近，光伏系统与原有配电系统的兼容问题得到了大家的关注，因为电网的功率因数达不到电网公司的要求而受到罚款的情况也时有发生，本文档将功率因数概念入手，分析事例，最后给出建议和问题处理办法。

一、为什么功率因数不达标，供电公司会罚款？

负载的功率因数低，会引起以下不良后果，主要表现有两个方面：

（1）电力系统和用电企业的设备不能被充分利用。

因为电力系统内的发电机和变压器等设备，在正常情况下，不允许长期超过额定电压和额定电流运行。所以当电压和电流都已达到额定值时，功率因数低便造成设备有功功率的输出较少。同样容量的设备，功率因数越低，其输出的有功功率就越少。

（2）引起电力系统电能损耗增大和供电质量降低。

对输电和配电线路来说，线路中的损耗与电流大小的平方成正比，当输送同样大小的有功功率P＝IUcosφ时，功率因数cosφ越低，输电线路中的电流I＝P／Ucos φ就越大，而线路的电能损耗是与电流的平方成正比增加的。

另外，当功率因数降低，线路电流增大时，势必造成线路中电压降增大，这将导致线路末端的电压降低。若要满足末端用户电压要求，则线路始端的电压就要升高，从而会使整个线路的供电质量降低。

从以上两方面来看，提高用电功率因数是非常必要的，它不但可以提高电力系统和用电企业设备的利用率，做到在同样发电设备条件下，提高发电能力。而且可以减小电能损耗和提高用电质量，它是节约用电的一项很重要的技术措施。

二、功率因数的概念

在交流电力系统中，有三种常用的功率表征量：有功功率P、无功功率Q和视在功率S，他们之间的三角关系如下图：

有功功率可以看做交流电路中阻性负载消耗的功率，而无功功率主要由电路中感性负载决定。

三、功率因数降低的原因

总体来看，功率因数下降的原因主要是：

1、不具备补偿设备或者原有补偿设备实际可用补偿容量不足

中小型工商业考虑到项目成本问题，一般不会加装补偿设备SVG。

另外，由于使用时间过长，有一些交流接触器可能已经发生了损坏，同时补偿电容的容量也会随着使用时间而产生衰减；这就导致了我们补偿设备额不工作或者可用补偿容量不足。

2、补偿设备检测点选择不正确

1点为补偿柜的检测点，当光伏发的电（有功）供负荷使用，通过1的有功相应的就会变少，而从电网用的无功还是不变，这就造成了1点检测到的功率因数偏低，电容补偿柜的电容会进行投切。

但是当负荷小于光伏发的电时，光伏就有卖电情况，一旦1检测到上行电流早期市面上大多数无功补偿控制器只能检测到买电状态下才能正常进行无功补偿投切电容瓶的操作，所以一旦1检测到上行电流，此时控制器会判断为有容性无功产生，会逐步自动将自身的电容瓶切出。这就是现场出现功率因数异常的原因。

3、无功补偿设备的控制器损坏

4、电网中负载带来的谐波较大，补偿电容器无法正常投切

而补偿设备实际可用容量不足和检测点位置选择不正确，是问题的主要原因。

四、功率因数偏低的解决方案

1、被动式功率因数调节方式

将逆变器功率因数设置为0.8~1之间某一定值，通过逆变器补偿一部分无功；这个就需要逐步适当的调整后，通过观察一段时间后，如果功率因数还是偏低，那么还要继续对逆变器进行调整，直到功率因数正常。

缺点：光伏会固定输出一部分无功值，影响光伏发电量

2、将无功补偿装置的检测点后移至变压器的出线侧，即如下图：

把光伏的部分移到无功补偿采样CT的前端，即让光伏系统与电网同性质，共同为负载出力，同时富余电量上行时，不经过CT的采样CT，仅仅经过计量采样CT。

3、增加固德威SEC1000智慧能源控制箱，动态无功补偿

外部图片

接线示意图

工作原理：

其工作原理为通过采集线路上的实际功率因数和目标功率因数进行对比，计算出需求的无功数值，使得逆变器可以自行分配控制输出所需的功率，对光伏电站进行智能无功补偿，调节实时系统功率因数，最大限度提高光伏电站收益。

功率因数设置

说明

1.利用逆变器的PF调节功或自动无功补偿装置尽管成本较低，但会影响太阳能发电的最大功率，并且一般逆变器的无功能力有限。

2.动态无功补偿方案是基于RS485通讯调节，响应时间在秒级，对于光照或者负载快速变化的情况，无功补偿柜的瞬时功率因数仍会出现低于设定值的情况，但不会对一个月总体的功率因数产生影响。

3.动态无功补偿也应考虑到项目改造的可行性。

五、建议和处理办法

项目开始之前，明确：

· 补偿装置的检测点要放在配电网检测那一级；

· 分布式商业电站在项目设计之初就要考虑到原有变压器、无功补偿装置、传输线缆、负载类型和功率以及光伏系统的兼容问题；

· 光伏系统的并网点最好选择功率稳定的并网点，频繁的功率波动，可能会出现无功补偿装置无法正常投切的事件.

项目运行过程中遇到问题，可以：

· 暂时将逆变器的输出功率因数调低（不要低于0.9），让光伏系统暂时输出一定的无功功率；

· 检查无功补偿装置检测点的位置；

· 检查无功补偿装置实际可用容量能不能满足功率因数的要求，不满足的情况下，可以增加或者更换补偿柜。

总结

功率因数问题是工商业分布式光伏项目需要特别关注的，但事实上它并没有想象中的那么复杂，了解并掌握上文所述的内容，或许对您的电站运维有所帮助。