如何才能讓功率因數問題影響不到光伏電站的收益

分布式光伏發(fā)電具有因地制宜，分散布局，就地消納的特點，是未來光伏發(fā)電發(fā)展的重要方向，今年來看分布式占整個光伏比重達60%以上。隨著“雙碳”目標和“十四五”規(guī)劃的實施，分布式光伏的裝機量將會大幅提高，但是分布式光伏接入電網以后的各種問題也日益顯現。尤其是夏季，是重大項目開工、光伏并網的重要季節(jié)，部分工廠面臨設備檢修、節(jié)日放假開工不足的情況，光伏可能出現倒送電的情況或者光伏接入考慮不足，導致夏季發(fā)電、用電高峰出現功率因數問題。

一、案例分析

某公司裝機總容量約為1.2MWp，分3個并網點接入380V配電母線，再通過廠用變壓器與公共電網連接，10KV變壓器容量為800KVA，由于光伏裝機容量較?。ㄖ徽甲儔浩魅萘康?0%），考慮配電側原有無功補償裝置能夠提供足夠的無功，故沒有另外再加裝無功補償。

但是在光伏接入后，功率因數表上出現不同程度的下降，范圍在0.3~0.8不等；檢查功率因數異常期間，無功補償器出現報警（諧波），補償電容器無法投切；同時根據現場觀察，功率因數低絕大多數都是在光照條件很好，逆變器輸出最大的時刻。把光伏部分全部斷開，無功補償恢復正常，測量此時電網獨立供電條件下功率為300~400kW左右；重新合上逆變器，逆變器單點的輸出功率為320kW左右。

裝入光伏后功率因數

原因分析：通過上述分析，以及現場的光伏接入點、無功補償位置發(fā)現，我們推斷由于光伏提供了負載需要的大部分功率甚至出現反送電的情況導致無功補償點的電流大幅下降（基波電流），諧波電流比例就上升了，超過了設定限制最終無功補償退出。

解決辦法：就這個項目案例，現場找到無功補償器廠家，將無功補償器的諧波保護定值調高一些，諧波告警消失，電容器重新投切進行補償；但是該方案削弱了諧波保護功能，不利于電容器的長期運行；要更好的解決這個問題，可以使用四象限無功功率型的控制器，當發(fā)生光伏功率倒送的情況依然可以準確策略功率因數。

二、功率因數偏低問題分析

分布式光伏接入電網以后出現的無功補償問題，大多與安裝容量、接入點位置等因素有關。

1）無功補償檢測點位置不準確

并網點改造前

1點為補償柜的檢測點，當光伏發(fā)的電（有功）供負荷使用，通過1的有功相應的就會變少，而從電網用的無功還是不變，這就造成了1點檢測到的功率因數偏低。

其他可能導致功率因素降低的原因：

2）不具備補償設備或者原有補償設備實際可用補償容量不足；

3）無功補償設備的控制器損壞；

4）電網中負載帶來的諧波較大，補償電容器無法正常投切；

而補償設備實際可用容量不足和檢測點位置選擇不正確，是問題的主要原因。

光伏電站運行中主要的無功消耗設備就是大量的感性元件—升壓變壓器，并網逆變器可以為電網提供一定的無功，補償給變壓器吸收的感性無功。

電網要求無功補償容量應為電站容量的20%。光伏電站中除了逆變器及電站內敷設較長的電纜產生的分布電容可為變壓器提供一定的無功補償，若仍不能滿足無功需求，還需額外配置無功補償裝置：并聯(lián)電容柜。

電容補償裝置投切，會引起電壓的瞬間跌落。所以要求逆變器具有低壓耐受能力，即低電壓穿越能力。在電壓跌落瞬間不脫網，繼續(xù)運行。

三、無功補償的解決方案

1、并網點改造

光伏的部分移到無功補償采樣CT的前端，即讓光伏系統(tǒng)與電網同性質，共同為負載出力，同時富余電量上行時，不經過CT的采樣CT，僅僅經過計量采樣CT。示意圖如下：

2、對于負載變化較大可能出現倒送的補償檢測點，更換四象限無功補償控制器；對于因為諧波影響的，加裝一個有源濾波裝置，如案例。

3、被動式功率因數調節(jié)方式

將逆變器功率因數設置為-0.90（滯后），通過逆變器補償一部分無功。

4、基于固德威數據采集器控制的主動式無功補償方案

其工作原理為通過采集線路上的實際功率因數和目標功率因數進行對比，計算出需求的無功數值，使得逆變器可以自行分配控制輸出所需的功率，對光伏電站進行智能無功補償，調節(jié)實時系統(tǒng)功率因素，最大限度提高光伏電站收益。

說明：

1）利用逆變器的PF調節(jié)無功或自動無功補償裝置盡管成本較低，但會影響太陽能發(fā)電的最大功率，并且一般逆變器的無功能力有限。

2）SEC1000智慧能源控制器動態(tài)無功補償方案是基于RS485通訊調節(jié)，響應時間在秒級，對于光照或者負載快速變化的情況，無功補償柜的瞬時功率因數仍會出現低于設定值的情況，但不會對一個月總體的功率因數產生影響。

3）動態(tài)無功補償也應考慮到項目改造的可行性。

四、總結

功率因數問題是工商業(yè)分布式光伏項目需要特別關注的，項目開始之前，需要明確補償裝置的檢測點要放在配電網檢測那一級；分布式商業(yè)電站在項目設計之初就要考慮到原有變壓器、無功補償裝置、傳輸線纜、負載類型和功率以及光伏系統(tǒng)的兼容等問題。

編輯：fqj