如何解决工商业光伏电站功率因数和无功补偿问题
众所周知，光伏发电发出【chū】的是直流电，本身不【bú】存在【zài】无【wú】功或功率因数的问题，但是光伏【fú】发电经【jīng】逆变器转换成交流电网【wǎng】后会与电网在匹配上产生一系【xì】列的问题，无功功率【lǜ】的问【wèn】题就是其中一【yī】个【gè】主要的【de】问【wèn】题。
实际上光伏【fú】电站的接入方式不同，体现【xiàn】出来的无功的问题【tí】也是有很【hěn】大的不同【tóng】。目【mù】前光伏【fú】发电系统可分为高压电网侧接【jiē】入【rù】的大型【xíng】光伏电站和【hé】用户侧【cè】接入的分布式光伏电站。由于接入方式和电【diàn】网【wǎng】内负荷情【qíng】况不同，其反映出【chū】来的【de】无功功率的问题和【hé】无功补【bǔ】偿的【de】要求【qiú】也是完【wán】全不一样的，应该按实际情况【kuàng】采取【qǔ】措施。
1、高压电网侧接入的大型光伏电站
此【cǐ】类电【diàn】站常采用专线设【shè】计，将电【diàn】站电力直【zhí】接【jiē】接入到上一级变电站的变【biàn】压器【qì】。因此此类电【diàn】站的无功问题较小【xiǎo】，也比较简单。白天，当光伏电站发电时，光伏【fú】电站和变电【diàn】站之间由于【yú】没【méi】有其【qí】他负载，上【shàng】一【yī】级升压变压器的电感就是网内【nèi】无功功【gōng】率【lǜ】的主要因素，但是由于白天发电量较大，变压器处于几乎满负【fù】荷运行，因此无功功率【lǜ】比例就【jiù】比较【jiào】小，大部分光伏电【diàn】站【zhàn】都能【néng】够达到电网的要求【qiú】。
但是在夜间，光伏电站逆变器处于停止运行状态，而【ér】站内变压器却始终连接【jiē】着高压电网，这个时候，站内变压器就【jiù】变【biàn】成了【le】一【yī】个电感性【xìng】负荷，不【bú】仅会空【kōng】载消【xiāo】耗一部【bù】分有功电力，还会在电站【zhàn】和上级【jí】变【biàn】电站的【de】高压回路里产生无功损耗。大型光伏【fú】电【diàn】站的外送电缆线【xiàn】路、主变压器轻载【zǎi】运行会产生无功。通常【cháng】可【kě】采用在在高压母【mǔ】线增加【jiā】一组无功补【bǔ】偿器，用于吸收夜【yè】间线【xiàn】路产【chǎn】生【shēng】的无功【gōng】功率，使光伏【fú】电站【zhàn】夜间功率因数满【mǎn】足电网的要求。
大型光伏电站高压母线增加无功补偿示意图
2、用户侧接入的分布式光伏电站
无功功率因素问【wèn】题是近年来【lái】分布式光伏电站上网【wǎng】遇到的比较【jiào】突出的问题，特别是工商业光伏电站。由于此类电站【zhàn】通常都接入到【dào】企业内部低压【yā】或中压电网【wǎng】，网【wǎng】内所接用电设备繁【fán】多，特别是电机等电感性【xìng】负载较多。在原来没有安装光【guāng】伏发电系【xì】统时，网内的【de】无功补偿系统【tǒng】是根【gēn】据电网的有功供电功【gōng】率和网内的无【wú】功【gōng】功率来【lái】自【zì】动【dòng】调节补偿的，因此网内的无功问题可通过【guò】该网【wǎng】内设【shè】置的无【wú】功补【bǔ】偿设备达【dá】到自动【dòng】补偿【cháng】的目【mù】的【de】，使得网内无功【gōng】功【gōng】率满足电【diàn】网的要求。
当网内接入了光伏发【fā】电系统后，就意味着【zhe】网内有【yǒu】了【le】第二个甚至多个【gè】电源，光照强烈时，光伏发电【diàn】系统【tǒng】将会发出强大的电力，大大降低电网的电力供应负荷，用【yòng】电电表显【xiǎn】示的有【yǒu】功功率会随着光【guāng】伏系统功率增大而减小，甚至会产【chǎn】生光【guāng】伏发电余电外送【sòng】的【de】情况。而【ér】这个时候【hòu】如果【guǒ】网内的负载不变【biàn】，特别【bié】是感性负载比较大时【shí】，网内原配【pèi】的无功【gōng】补偿系统就会【huì】根据大电【diàn】网的供电负荷与【yǔ】用电【diàn】负【fù】荷做出错误的指令【lìng】和动作，导【dǎo】致网内无功功【gōng】率【lǜ】的比例上升，从而【ér】导致功【gōng】率因数减小。
近年来【lái】，很【hěn】多安装【zhuāng】光伏的企业因为【wéi】用户侧电网的功率因数达不到【dào】电网【wǎng】公司的要求而被电【diàn】网公司收取高【gāo】额【é】的力调电【diàn】费。
工商业用户电费结构
为了解决【jué】这【zhè】个问题，除了【le】确保电【diàn】网原配无功补偿装置配置无误，安装【zhuāng】正确【què】，运【yùn】行良【liáng】好外【wài】。对于配接容【róng】量【liàng】大于变压器容量50%的光伏【fú】发电系统，同时【shí】网内有【yǒu】较多电机等电感性负荷【hé】的情况，应特别注意光伏并【bìng】网点的选择，如果条件【jiàn】容【róng】许，应将光伏发电的接入【rù】点设置在原无【wú】功补偿设备的前端A点(如【rú】下【xià】图所示【shì】)，这样的【de】连【lián】接方【fāng】式可以【yǐ】充分利用原有无功补偿系统，降低投资。
光伏发电接入点设置在原无功补偿设备的前端示意图
但是如果因为光伏【fú】电站的建【jiàn】设场【chǎng】地距【jù】A点较【jiào】远，或由于某些其【qí】他原因，无【wú】法在A点接入【rù】，而不得不【bú】选在【zài】B点或【huò】其他部【bù】位接入时【shí】，原有【yǒu】无功补【bǔ】偿【cháng】设备的采样点虽然能感知【zhī】到网内无功功率的【de】情况，但是它参考的是电网的供电功率，无法感知【zhī】到【dào】光伏发【fā】电的输出功率，可能不能满足正确调节无功【gōng】功率【lǜ】的功能。
要【yào】解【jiě】决这个问题，就必须另【lìng】外为这套光伏发电系统安装专用【yòng】的无功补偿【cháng】设备，通常这套无功补偿设备【bèi】宜安装在在光伏【fú】电站【zhàn】的输出侧，以补充光伏【fú】发电【diàn】系统【tǒng】缺乏大容量无功补偿的能力，满足电网的【de】需【xū】求【qiú】。
光伏发电系统输出侧加装无功补偿装置示意图
大部分工商业光伏逆变器都具【jù】备【bèi】20%左右的功【gōng】率因数调节能力，对于【yú】网内光【guāng】伏发电【diàn】的安【ān】装容量较小，且网内感性负载较少【shǎo】的系统，可以【yǐ】不用考【kǎo】虑无功【gōng】补偿【cháng】设备的问题，可以通过逆变器来提供一部【bù】分无功补【bǔ】偿【cháng】。可是当网内无功功【gōng】率【lǜ】太大，超过了逆变器的承受和调节能力，配置【zhì】适【shì】量的无功补偿设备就成了提高电网效率【lǜ】和光【guāng】伏电站的有效发电【diàn】量的主要手【shǒu】段。
工商业光伏逆变器的无功补偿能力曲线
从【cóng】光【guāng】伏系【xì】统【tǒng】运行【háng】稳定性的角度【dù】来讲，也【yě】是尽量将光伏发电【diàn】的并网【wǎng】点选【xuǎn】择在靠近变压器的地方，离变压器越近的地方电压越稳定【dìng】，远【yuǎn】离变压器的电网末【mò】梢，电压波动就越大。频繁的电压、功【gōng】率波动，都会导致无功补偿装【zhuāng】置【zhì】无法正常运行或产生误动【dòng】作。
小结
功率因数【shù】问【wèn】题是很多【duō】光【guāng】伏电站，特【tè】别是工商业光【guāng】伏电站存在的重要问题【tí】之一，要在【zài】设计环【huán】节就【jiù】充分考虑原有变压器【qì】、无【wú】功补偿装置、传输线缆、负【fù】载类【lèi】型和功率等问题。对于用【yòng】户侧并网的工商业光伏电站要重视接入点的位【wèi】置，确保无功补【bǔ】偿【cháng】装置能正常发挥【huī】作用，电能质量达到电网的要求【qiú】，使光伏电站高效稳定运【yùn】行，达到【dào】最大【dà】经【jīng】济效益。
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