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    光伏電站功率因數(shù)不達標(biāo),高額罰款讓業(yè)主心疼!

    28362024-05-29

    很大一部分工商業(yè)光伏電站并網(wǎng)之后導(dǎo)致廠區(qū)用電功率因數(shù)下降,下面向大家介紹一下光伏電站為什么會導(dǎo)致廠區(qū)用電功率因數(shù)下降,以及當(dāng)功率因數(shù)降低時該如何處理。

    有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)的介紹

    有功功率(P):它代表單位時間內(nèi)實際發(fā)出或消耗的交流電能量,是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(如機械能、光能、熱能)的部分。在電路中有功功率是實際做功的部分,體現(xiàn)了電能的直接消耗。單位為瓦(W)或千瓦(kW),是電壓有效值、電流有效值和功率因數(shù)的乘積。

    無功功率(Q):它涉及到電場或磁場在交流電路中的能量交換。雖然無功功率并不直接消耗電能,但它對于維持電路的穩(wěn)定運行、保證電壓穩(wěn)定以及減少線路損耗等方面至關(guān)重要。單位為乏(Var)或千乏(kVar),是電壓有效值、電流有效值和電壓與電流間相位角的正弦三者之積。

    視在功率(S):它表示交流電器設(shè)備的容量,不直接涉及能量的轉(zhuǎn)換或消耗。單位為伏安(VA)或千伏安(kVA),是電壓有效值和電流有效值的乘積。

    功率因數(shù)(PF):它是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù),可以用來描述交流電路中電壓與電流之間的相位差(相位角)的余弦值。是有功功率和視在功率的比值,即cosφ,其中φ為無功功率的相位角。

    有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)四者的關(guān)系如下圖所示:

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    圖1 示意圖

    國家規(guī)范要求:功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.90,適用于160千伏安以上的高壓供電工業(yè)用戶(包括社隊工業(yè)用戶),裝有帶負荷調(diào)整電壓裝置的高壓供電電力用戶和3200千伏安及以上的高壓供電電力排灌站;功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.85,適用于100千伏安(千瓦)及以上的其他工業(yè)用戶(包括社隊工業(yè)用戶)、100千伏安(千瓦)及以上的非工業(yè)用戶和100千伏安(千瓦)及以上的電力排灌站;功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.80,適用于100千伏安(千瓦)及以上農(nóng)業(yè)用戶和躉售用戶,但大工業(yè)用戶未劃由電業(yè)直接管理的躉售用戶,功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為0.85。

    當(dāng)用戶的功率因數(shù)達不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),電業(yè)部門就要對其加收力調(diào)電費進行考核。

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    光伏電站為什么會導(dǎo)致廠用電功率因數(shù)偏低

    假設(shè)一工廠消耗有功功率為1000kW,無功功率為700kvar,配有360kvar的無功補償;那么在計量點參與考核的有功功率為1000kW,無功功率為340kvar,此時計量點的功率因數(shù)為

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    此時功率因數(shù)合格。

    當(dāng)工廠建設(shè)一個1000kWp的光伏電站,采用“自發(fā)自用,余電上網(wǎng)”模式時;光伏電站在某一時刻輸出功率為600kW,由于光伏電站逆變器設(shè)備的設(shè)置原因功率因數(shù)趨近于1,因此光伏電站發(fā)出來的功均為有功功率;那么在計量點參與考核的有功功率為400kW,無功功率為340kvar,此時計量點的功率因數(shù)為

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    此時功率因數(shù)不合格。

    根據(jù)

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    可知,由于光伏電站只發(fā)有功功率的原因?qū)е掠嬃奎c有功功率P降低,無功功率需求維持不變。從而導(dǎo)致功率因數(shù)下降;因此為了保證廠區(qū)用電功率因數(shù)的穩(wěn)定,廠區(qū)應(yīng)配置無功補償裝置進行無功調(diào)節(jié)。


    廠區(qū)已配置無功補償裝置,為什么廠用電功率因數(shù)仍偏低

    已配置無功補償裝置的工商業(yè)光伏電站的接線方式一般如圖4、圖5所示,針對于不同接線方式,具體情況分析如下:

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    圖4 無功補償采集點包含光伏電站示意圖

    當(dāng)電站接線方式如圖4所示時:

    1)假設(shè)工廠消耗有功功率1000kW,無功功率800kvar,光伏電站發(fā)出有工功率600kW;若此時電站無功補償裝置未工作,則計量點的功率因數(shù)為

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    功率因數(shù)不合格。

    2)假設(shè)工廠消耗有功功率1000kW,無功功率800kvar,光伏電站發(fā)出有工功率600kW;若此時電站無功補償裝置提供了最大無功功率500kvar,則計量點的功率因數(shù)為

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    功率因數(shù)不合格。

    3)假設(shè)工廠消耗有功功率1000kW,無功功率800kvar,光伏電站發(fā)出有工功率600kW;此時電站無功補償裝置提供610kvar的無功功率,則計量點的功率因數(shù)為

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    功率因數(shù)合格。

    因此對于已配置無功補償裝置的光伏電站,無功補償裝置未啟用,無功補償容量不足求,都可以導(dǎo)致計量點功率因數(shù)的不合格。

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    圖5 無功補償采集點不包含光伏電站示意圖

    當(dāng)電站接線方式如圖5所示時:

    1)假設(shè)工廠消耗有功功率1000kW,無功功率800kvar,光伏電站發(fā)出有工功率600kW;無功補償裝置提供471kvar的無功功率,此時無功補償采集點處的功率因數(shù)為

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    功率因數(shù)合格。當(dāng)計量點的功率因數(shù)為

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    功率因數(shù)不合格。

    因此對于已配置無功補償裝置的光伏電站,無功補償裝置信號采集點的位置錯誤,會導(dǎo)致計量點功率因數(shù)的不合格。


    如何解決廠區(qū)由于功率因數(shù)偏低的,考核電費問題?
    4.1 功率因數(shù)考核的方法

    如何解決功率因數(shù)考核的問題,首先我們要了解我國功率因數(shù)考核的方法。根據(jù)功率因數(shù)調(diào)整電費管理辦法(83)水電財字215號文:

    2.2.1凡實行功率因數(shù)調(diào)整電費的用戶,應(yīng)裝設(shè)帶有防倒裝置的無功電度表,按用戶每月實用有功電量和無功電量,計算月平均功率因數(shù)。

    2.2.2凡裝有無功補償設(shè)備且有可能向電網(wǎng)倒送無功電量的用戶,應(yīng)隨其負荷和電壓變動及時投入或切除部分無功補償設(shè)備,電業(yè)部門并應(yīng)在計費計量點加裝帶有防倒裝置的反向無功電度表,按倒送的無功電量與實用的無功電量兩者的絕對值之和,計算月平均功率因數(shù)

    從上述文件可知,電網(wǎng)考核的僅是平均功率因數(shù),也就意味著在某一時刻功率因數(shù)偏低是不被考核的。功率因數(shù)考核的計算公式為:

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    4.2 功率因數(shù)偏低的解決方案

    根據(jù)

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    可知,當(dāng)光伏電站并網(wǎng)發(fā)電時會導(dǎo)致計量點有功功率P降低,為了保持cosφ穩(wěn)定,需要適當(dāng)?shù)慕档蛷碾娋W(wǎng)中吸收的無功功率Q;因此我們需要額外的提供合適的無功功率Q補償去降低從電網(wǎng)中所吸收的無功功率Q(Q=Q需量-Q補償)。因此增加線路中的無功補償是維持功率因數(shù)穩(wěn)定的有效方法,在實際運用中主要有以下幾種方案:

    ① 配置合適的無功補償裝置

    常用的無功補償裝置有多種類型,包括并聯(lián)電容器、靜止補償器(SVC)和動態(tài)無功補償裝置(DSTATCOM)等,每種裝置都有其特定的適用范圍和優(yōu)缺點,因此應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的裝置。

    并聯(lián)電容器:通過在高、低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器組,直接補償該配電所供電范圍內(nèi)的無功功率。電容器可以接在配電母線上,也可以直接接在異步電動機旁或進線端子上,實現(xiàn)就地補償。這種補償方法能夠消除無功電流在高、低壓線路上的流動,減少線路負荷和損耗。

    靜止補償器:利用電容器和各種類型的電抗器進行無功靜止補償,可以向電網(wǎng)提供可變動的容性和感性無功功率。SVC具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點,適用于對無功功率需求波動較大的場合。

    動態(tài)無功補償裝置:根據(jù)負荷的特點來確定其容量,能夠?qū)崿F(xiàn)快速、連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)。它適用于對無功功率需求變化較快或要求較高的場合。

    根據(jù)實際需求和設(shè)備的特性,計算出無功補償裝置的容量;為了最大限度地提高無功補償裝置的效果,無功補償裝置的信號采集點盡可能的靠近計量點附近,其安裝在負載附近,減少輸電線路的損耗和電壓波動。

    ② 逆變器無功功率控制

    逆變器作為光伏電站的核心發(fā)電設(shè)備,其本身也有一定的無功功率控制能力,根據(jù)GB/T 37408-2019《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)要求》,逆變器穩(wěn)態(tài)無功功率輸出范圍應(yīng)滿足以下要求,A類逆變器應(yīng)在所示實線矩形框內(nèi)動態(tài)可調(diào),B類逆變器應(yīng)在所示陰影框內(nèi)動態(tài)可調(diào)。具備電網(wǎng)無功支撐能力的A類逆變器無功功率輸出范圍宜在虛線矩形框內(nèi)動態(tài)可調(diào)。

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    圖6 逆變器無功出力范圍

    因此我們可以通過調(diào)節(jié)逆變器的功率因數(shù)讓逆變器輸出無功功率,來控制計量點功率因數(shù)的穩(wěn)定;當(dāng)使用逆變器無功功率控制能力來維持計量點功率因數(shù)穩(wěn)定時,需要對線路進行改造:在計量點處添加電壓、電流采集裝置,連接到控制器,通過控制器計算線路中的無功需量及功率因數(shù),控制器通過通訊協(xié)議遙控指揮使逆變器能夠進行無功輸出,再通過遙調(diào)指令讓逆變器進行功率因數(shù)調(diào)整,輸出無功功率,維持計量點功率因數(shù)的穩(wěn)定。

    當(dāng)逆變器采用無功功率控制能力來維持計量點功率因數(shù)穩(wěn)定時,其輸出功率關(guān)系如圖7所示:
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    圖7 逆變器輸出功率三角形示意圖

    從圖7可以看出逆變器功率因數(shù)由cosφ1→cosφ2變化過程中有功功率P,由BE→CD,變化過程有功功率P損失量為EF;無功功率Q,由AB→AC,變化過程中無功功率Q增加量為BC。因此采用逆變器無功功率控制能力來維持計量點功率因數(shù)穩(wěn)定是以犧牲光伏有功功率為代價的,會導(dǎo)致光伏電站發(fā)電量降低。因此在選擇此方法來維持功率因數(shù)穩(wěn)定時,應(yīng)綜合考慮功率因數(shù)不合格所帶來的力調(diào)電費考核與損失光伏發(fā)電量收益之間的平衡。

    ③ 采用具備夜間SVG功能的逆變器

    市場上目前已經(jīng)存在具備SVG功能的逆變器,它結(jié)合了逆變器的電能轉(zhuǎn)換功能和SVG的無功功率補償及電壓調(diào)節(jié)能力。

    對于工商業(yè)分布式光伏電站來說,根據(jù)功率因數(shù)的考核辦法,我們可以采用具備SVG功能的逆變器,逆變器白天輸出有功功率,夜間輸出無功功率。

    在此條件下:

    A(總有功電量)=B(白天有功電量)+C(晚上有功電量)

    D(總無功電量)=E(白天供電無功電量)+[ F(夜間無功電量需量)—G(夜間逆變器無功電量)]

    此時計量點功率因數(shù),

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    因此采用具有SVG功能的逆變器,在夜間消耗電網(wǎng)電量,釋放無功功率,可以提高計量點的功率因數(shù)。


    以上是向大家介紹的工商業(yè)光伏電站導(dǎo)致廠用電功率因數(shù)偏低的原因及常見解決方案,僅供大家參考學(xué)習(xí),歡迎與我們積極交流。


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