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光伏電站功率因數不達標，高額罰款讓業主心疼！
很大一部分工商業光伏電站并網之后導致廠區用電功率因數下降，下面向大家介紹一下光伏電站為什么會導致廠區用電功率因數下降，以及當功率因數降低時該如何處理。
有功功率（P）：它代表單位時間內實際發出或消耗的交流電能量，是將電能轉換為其他形式能量（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定運行、保證電壓穩定以及減少線路損耗等方面至關重要。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）：它表示交流電器設備的容量，不直接涉及能量的轉換或消耗。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（PF）：它是衡量電氣設備效率高低的一個系數，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、功率因數四者的關系如下圖所示：
圖1 示意圖
國家規范要求：功率因數標準0.90，適用于160千伏安以上的高壓供電工業用戶（包括社隊工業用戶），裝有帶負荷調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；功率因數標準0.85，適用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工業用戶（包括社隊工業用戶）、100千伏安（千瓦）及以上的非工業用戶和100千伏安（千瓦）及以上的電力排灌站；功率因數標準0.80，適用于100千伏安（千瓦）及以上農業用戶和躉售用戶，但大工業用戶未劃由電業直接管理的躉售用戶，功率因數標準應為0.85。
當用戶的功率因數達不到相應的標準，電業部門就要對其加收力調電費進行考核。
假設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為
此時功率因數合格。
當工廠建設一個1000kWp的光伏電站，采用“自發自用，余電上網”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備的設置原因功率因數趨近于1，因此光伏電站發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為
此時功率因數不合格。
根據
可知，由于光伏電站只發有功功率的原因導致計量點有功功率P降低，無功功率需求維持不變。從而導致功率因數下降；因此為了保證廠區用電功率因數的穩定，廠區應配置無功補償裝置進行無功調節。
已配置無功補償裝置的工商業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：
圖4 無功補償采集點包含光伏電站示意圖
當電站接線方式如圖4所示時：
1）假設工廠消耗有功功率1000kW，無功功率800kvar，光伏電站發出有工功率600kW；若此時電站無功補償裝置未工作，則計量點的功率因數為
功率因數不合格。
2）假設工廠消耗有功功率1000kW，無功功率800kvar，光伏電站發出有工功率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為
功率因數不合格。
3）假設工廠消耗有功功率1000kW，無功功率800kvar，光伏電站發出有工功率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為
功率因數合格。
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，都可以導致計量點功率因數的不合格。
圖5 無功補償采集點不包含光伏電站示意圖
當電站接線方式如圖5所示時：
1）假設工廠消耗有功功率1000kW，無功功率800kvar，光伏電站發出有工功率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為
功率因數合格。當計量點的功率因數為
功率因數不合格。
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，會導致計量點功率因數的不合格。
如何解決功率因數考核的問題，首先我們要了解我國功率因數考核的方法。根據功率因數調整電費管理辦法(83)水電財字215號文：
2.2.1凡實行功率因數調整電費的用戶,應裝設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。
2.2.2凡裝有無功補償設備且有可能向電網倒送無功電量的用戶,應隨其負荷和電壓變動及時投入或切除部分無功補償設備,電業部門并應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。
從上述文件可知，電網考核的僅是平均功率因數，也就意味著在某一時刻功率因數偏低是不被考核的。功率因數考核的計算公式為：
根據
可知，當光伏電站并網發電時會導致計量點有功功率P降低，為了保持cosφ穩定，需要適當的降低從電網中吸收的無功功率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穩定的有效方法，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，包括并聯電容器、靜止補償器（SVC）和動態無功補償裝置（DSTATCOM）等，每種裝置都有其特定的適用范圍和優缺點，因此應根據實際情況選擇合適的裝置。
并聯電容器：通過在高、低壓配電所內設置若干組電容器組，直接補償該配電所供電范圍內的無功功率。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，可以向電網提供可變動的容性和感性無功功率。SVC具有響應速度快、調節范圍寬等優點，適用于對無功功率需求波動較大的場合。
動態無功補償裝置：根據負荷的特點來確定其容量，能夠實現快速、連續的無功功率調節。它適用于對無功功率需求變化較快或要求較高的場合。
根據實際需求和設備的特性，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電設備，其本身也有一定的無功功率控制能力，根據GB/T 37408-2019《光伏發電并網逆變器技術要求》，逆變器穩態無功功率輸出范圍應滿足以下要求，A類逆變器應在所示實線矩形框內動態可調，B類逆變器應在所示陰影框內動態可調。具備電網無功支撐能力的A類逆變器無功功率輸出范圍宜在虛線矩形框內動態可調。
圖6 逆變器無功出力范圍
因此我們可以通過調節逆變器的功率因數讓逆變器輸出無功功率，來控制計量點功率因數的穩定；當使用逆變器無功功率控制能力來維持計量點功率因數穩定時，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，控制器通過通訊協議遙控指揮使逆變器能夠進行無功輸出，再通過遙調指令讓逆變器進行功率因數調整，輸出無功功率，維持計量點功率因數的穩定。
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穩定是以犧牲光伏有功功率為代價的，會導致光伏電站發電量降低。因此在選擇此方法來維持功率因數穩定時，應綜合考慮功率因數不合格所帶來的力調電費考核與損失光伏發電量收益之間的平衡。
③ 采用具備夜間SVG功能的逆變器
市場上目前已經存在具備SVG功能的逆變器，它結合了逆變器的電能轉換功能和SVG的無功功率補償及電壓調節能力。
對于工商業分布式光伏電站來說，根據功率因數的考核辦法，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，
因此采用具有SVG功能的逆變器，在夜間消耗電網電量，釋放無功功率，可以提高計量點的功率因數。
以上是向大家介紹的工商業光伏電站導致廠用電功率因數偏低的原因及常見解決方案，僅供大家參考學習，歡迎與我們積極交流。