電站功率因數(shù)問題案例分析

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(diǎn)，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(gè)光伏比重達(dá)60%以上。隨著“雙碳”目標(biāo)和“十四五”規(guī)劃的實(shí)施，分布式光伏的裝機(jī)量將會(huì)大幅提高，但是分布式光伏接入電網(wǎng)以后的各種問題也日益顯現(xiàn)。尤其是夏季，是重大項(xiàng)目開工、光伏并網(wǎng)的重要季節(jié)，部分工廠面臨設(shè)備檢修、節(jié)日放假開工不足的情況，光伏可能出現(xiàn)倒送電的情況或者光伏接入考慮不足，導(dǎo)致夏季發(fā)電、用電高峰出現(xiàn)功率因數(shù)問題。

一、案例分析

某公司裝機(jī)總?cè)萘考s為1.2MWp，分3個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入380V配電母線，再通過廠用變壓器與公共電網(wǎng)連接，10KV變壓器容量為800KVA，由于光伏裝機(jī)容量較?。ㄖ徽甲儔浩魅萘康?0%），考慮配電側(cè)原有無功補(bǔ)償裝置能夠提供足夠的無功，故沒有另外再加裝無功補(bǔ)償。

但是在光伏接入后，功率因數(shù)表上出現(xiàn)不同程度的下降，范圍在0.3~0.8不等；檢查功率因數(shù)異常期間，無功補(bǔ)償器出現(xiàn)報(bào)警（諧波），補(bǔ)償電容器無法投切；同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，功率因數(shù)低絕大多數(shù)都是在光照條件很好，逆變器輸出最大的時(shí)刻。把光伏部分全部斷開，無功補(bǔ)償恢復(fù)正常，測(cè)量此時(shí)電網(wǎng)獨(dú)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(diǎn)的輸出功率為320kW左右。

原因分析：通過上述分析，以及現(xiàn)場(chǎng)的光伏接入點(diǎn)、無功補(bǔ)償位置發(fā)現(xiàn)，我們推斷由于光伏提供了負(fù)載需要的大部分功率甚至出現(xiàn)反送電的情況導(dǎo)致無功補(bǔ)償點(diǎn)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(shè)定限制最終無功補(bǔ)償退出。

解決辦法：就這個(gè)項(xiàng)目案例，現(xiàn)場(chǎng)找到無功補(bǔ)償器廠家，將無功補(bǔ)償器的諧波保護(hù)定值調(diào)高一些，諧波告警消失，電容器重新投切進(jìn)行補(bǔ)償；但是該方案削弱了諧波保護(hù)功能，不利于電容器的長(zhǎng)期運(yùn)行；要更好的解決這個(gè)問題，可以使用四象限無功功率型的控制器，當(dāng)發(fā)生光伏功率倒送的情況依然可以準(zhǔn)確策略功率因數(shù)。

二、功率因數(shù)偏低問題分析

分布式光伏接入電網(wǎng)以后出現(xiàn)的無功補(bǔ)償問題，大多與安裝容量、接入點(diǎn)位置等因素有關(guān)。

1）無功補(bǔ)償檢測(cè)點(diǎn)位置不準(zhǔn)確

1點(diǎn)為補(bǔ)償柜的檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)光伏發(fā)的電（有功）供負(fù)荷使用，通過1的有功相應(yīng)的就會(huì)變少，而從電網(wǎng)用的無功還是不變，這就造成了1點(diǎn)檢測(cè)到的功率因數(shù)偏低。

其他可能導(dǎo)致功率因素降低的原因：

2）不具備補(bǔ)償設(shè)備或者原有補(bǔ)償設(shè)備實(shí)際可用補(bǔ)償容量不足；

3）無功補(bǔ)償設(shè)備的控制器損壞；

4）電網(wǎng)中負(fù)載帶來的諧波較大，補(bǔ)償電容器無法正常投切；

而補(bǔ)償設(shè)備實(shí)際可用容量不足和檢測(cè)點(diǎn)位置選擇不正確，是問題的主要原因。

光伏電站運(yùn)行中主要的無功消耗設(shè)備就是大量的感性元件—升壓變壓器，并網(wǎng)逆變器可以為電網(wǎng)提供一定的無功，補(bǔ)償給變壓器吸收的感性無功。

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

電容補(bǔ)償裝置投切，會(huì)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(wǎng)，繼續(xù)運(yùn)行。

三、無功補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案

1、并網(wǎng)點(diǎn)改造

光伏的部分移到無功補(bǔ)償采樣CT的前端，即讓光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)同性質(zhì)，共同為負(fù)載出力，同時(shí)富余電量上行時(shí)，不經(jīng)過CT的采樣CT，僅僅經(jīng)過計(jì)量采樣CT。
2、對(duì)于負(fù)載變化較大可能出現(xiàn)倒送的補(bǔ)償檢測(cè)點(diǎn)，更換四象限無功補(bǔ)償控制器；對(duì)于因?yàn)橹C波影響的，加裝一個(gè)有源濾波裝置，如案例。

3、被動(dòng)式功率因數(shù)調(diào)節(jié)方式

將逆變器功率因數(shù)設(shè)置為-0.90（滯后），通過逆變器補(bǔ)償一部分無功。

4、基于固德威數(shù)據(jù)采集器控制的主動(dòng)式無功補(bǔ)償方案

其工作原理為通過采集線路上的實(shí)際功率因數(shù)和目標(biāo)功率因數(shù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出需求的無功數(shù)值，使得逆變器可以自行分配控制輸出所需的功率，對(duì)光伏電站進(jìn)行智能無功補(bǔ)償，調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)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(diào)節(jié)無功或自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置盡管成本較低，但會(huì)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(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方案是基于RS485通訊調(diào)節(jié)，響應(yīng)時(shí)間在秒級(jí)，對(duì)于光照或者負(fù)載快速變化的情況，無功補(bǔ)償柜的瞬時(shí)功率因數(shù)仍會(huì)出現(xiàn)低于設(shè)定值的情況，但不會(huì)對(duì)一個(gè)月總體的功率因數(shù)產(chǎn)生影響。

3）動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償也應(yīng)考慮到項(xiàng)目改造的可行性。

四、總結(jié)

功率因數(shù)問題是工商業(yè)分布式光伏項(xiàng)目需要特別關(guān)注的，項(xiàng)目開始之前，需要明確補(bǔ)償裝置的檢測(cè)點(diǎn)要放在配電網(wǎng)檢測(cè)那一級(jí)；分布式商業(yè)電站在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初就要考慮到原有變壓器、無功補(bǔ)償裝置、傳輸線纜、負(fù)載類型和功率以及光伏系統(tǒng)的兼容等問題。

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