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光伏電站功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)，高額罰款讓業(yè)主心疼！
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(huì)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(shí)該如何處理。
有功功率（P）：它代表單位時(shí)間內(nèi)實(shí)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(jī)械能、光能、熱能）的部分。在電路中有功功率是實(shí)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(chǎng)或磁場(chǎng)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(duì)于維持電路的穩(wěn)定運(yùn)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(gè)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：
圖1 示意圖
國(guó)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(duì)工業(yè)用戶），裝有帶負(fù)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(duì)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(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，電業(yè)部門就要對(duì)其加收力調(diào)電費(fèi)進(jìn)行考核。
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(bǔ)償；那么在計(jì)量點(diǎn)參與考核的有功功率為1000kW，無功功率為340kvar，此時(shí)計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)為
此時(shí)功率因數(shù)合格。
當(dāng)工廠建設(shè)一個(gè)1000kWp的光伏電站，采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”模式時(shí)；光伏電站在某一時(shí)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(jì)量點(diǎn)參與考核的有功功率為400kW，無功功率為340kvar，此時(shí)計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)為
此時(shí)功率因數(shù)不合格。
根據(jù)
可知，由于光伏電站只發(fā)有功功率的原因?qū)е掠?jì)量點(diǎn)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(bǔ)償裝置進(jìn)行無功調(diào)節(jié)。
已配置無功補(bǔ)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(duì)于不同接線方式，具體情況分析如下：
圖4 無功補(bǔ)償采集點(diǎn)包含光伏電站示意圖
當(dāng)電站接線方式如圖4所示時(shí)：
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(shí)電站無功補(bǔ)償裝置未工作，則計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)為
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(shí)電站無功補(bǔ)償裝置提供了最大無功功率500kvar，則計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)為
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(shí)電站無功補(bǔ)償裝置提供610kvar的無功功率，則計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)為
功率因數(shù)合格。
因此對(duì)于已配置無功補(bǔ)償裝置的光伏電站，無功補(bǔ)償裝置未啟用，無功補(bǔ)償容量不足求，都可以導(dǎo)致計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)的不合格。
圖5 無功補(bǔ)償采集點(diǎn)不包含光伏電站示意圖
當(dāng)電站接線方式如圖5所示時(shí)：
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(bǔ)償裝置提供471kvar的無功功率，此時(shí)無功補(bǔ)償采集點(diǎn)處的功率因數(shù)為
功率因數(shù)合格。當(dāng)計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)為
功率因數(shù)不合格。
因此對(duì)于已配置無功補(bǔ)償裝置的光伏電站，無功補(bǔ)償裝置信號(hào)采集點(diǎn)的位置錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)的不合格。
如何解決功率因數(shù)考核的問題，首先我們要了解我國(guó)功率因數(shù)考核的方法。根據(jù)功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)管理辦法(83)水電財(cái)字215號(hào)文：
2.2.1凡實(shí)行功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)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(shí)用有功電量和無功電量，計(jì)算月平均功率因數(shù)。
2.2.2凡裝有無功補(bǔ)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(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除部分無功補(bǔ)償設(shè)備,電業(yè)部門并應(yīng)在計(jì)費(fèi)計(jì)量點(diǎn)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(shí)用的無功電量?jī)烧叩慕^對(duì)值之和,計(jì)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(shí)刻功率因數(shù)偏低是不被考核的。功率因數(shù)考核的計(jì)算公式為：
根據(jù)
可知，當(dāng)光伏電站并網(wǎng)發(fā)電時(shí)會(huì)導(dǎo)致計(jì)量點(diǎn)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(bǔ)償去降低從電網(wǎng)中所吸收的無功功率Q（Q=Q需量-Q補(bǔ)償）。因此增加線路中的無功補(bǔ)償是維持功率因數(shù)穩(wěn)定的有效方法，在實(shí)際運(yùn)用中主要有以下幾種方案：
① 配置合適的無功補(bǔ)償裝置
常用的無功補(bǔ)償裝置有多種類型，包括并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器（SVC）和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（DSTATCOM）等，每種裝置都有其特定的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)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(bǔ)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(dòng)機(jī)旁或進(jìn)線端子上，實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法能夠消除無功電流在高、低壓線路上的流動(dòng)，減少線路負(fù)荷和損耗。
靜止補(bǔ)償器：利用電容器和各種類型的電抗器進(jìn)行無功靜止補(bǔ)償，可以向電網(wǎng)提供可變動(dòng)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(diǎn)，適用于對(duì)無功功率需求波動(dòng)較大的場(chǎng)合。
動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置：根據(jù)負(fù)荷的特點(diǎn)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(duì)無功功率需求變化較快或要求較高的場(chǎng)合。
根據(jù)實(shí)際需求和設(shè)備的特性，計(jì)算出無功補(bǔ)償裝置的容量；為了最大限度地提高無功補(bǔ)償裝置的效果，無功補(bǔ)償裝置的信號(hào)采集點(diǎn)盡可能的靠近計(jì)量點(diǎn)附近，其安裝在負(fù)載附近，減少輸電線路的損耗和電壓波動(dòng)。
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(shí)線矩形框內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào)，B類逆變器應(yīng)在所示陰影框內(nèi)動(dòng)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(dòng)態(tài)可調(diào)。
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(jì)量點(diǎn)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(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)穩(wěn)定時(shí)，需要對(duì)線路進(jìn)行改造：在計(jì)量點(diǎn)處添加電壓、電流采集裝置，連接到控制器，通過控制器計(jì)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(jìn)行無功輸出，再通過遙調(diào)指令讓逆變器進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)整，輸出無功功率，維持計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)的穩(wěn)定。
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(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)穩(wěn)定是以犧牲光伏有功功率為代價(jià)的，會(huì)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(shí)，應(yīng)綜合考慮功率因數(shù)不合格所帶來的力調(diào)電費(fèi)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(chǎng)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(bǔ)償及電壓調(diào)節(jié)能力。
對(duì)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(shí)計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)，
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(jì)量點(diǎn)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。