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，光伏发电发出的是【shì】直流电，本身【shēn】不存在无功或功【gōng】率因数【shù】的【de】问题【tí】，但是光伏发电经逆变器转换成交流电网后会【huì】与电【diàn】网在匹配上【shàng】产生一系【xì】列的问题，无功功率的问题就是其【qí】中【zhōng】一【yī】个主要【yào】的问题。
实【shí】际上光【guāng】伏电【diàn】站的接【jiē】入【rù】方式不【bú】同【tóng】，体【tǐ】现出来的无功的问题也是有很大的不同。目【mù】前光伏发电系统可分【fèn】为【wéi】高压【yā】电网侧接入的大型光伏电站和用户侧接入的分布式光伏电【diàn】站。由于接入方【fāng】式和电网内负荷情况不【bú】同，其反映出来【lái】的【de】无功【gōng】功率【lǜ】的问题和无功补偿的要求也是完全不【bú】一【yī】样的，应【yīng】该按【àn】实际【jì】情况采取措施。
1、高压电网侧接入的大型光伏电站
此类电站常采用专线设计，将【jiāng】电站【zhàn】电力直接【jiē】接入到上【shàng】一级变电站的变压器。因【yīn】此此类【lèi】电站的无【wú】功【gōng】问题较【jiào】小，也比较【jiào】简单。白天，当光【guāng】伏电站发电时，光伏电站和变电站之间由于【yú】没有其他负【fù】载，上【shàng】一级升压变压器的电感就是网内【nèi】无【wú】功功【gōng】率的主要因素，但【dàn】是【shì】由于白【bái】天发【fā】电量较【jiào】大，变【biàn】压器处于几乎满负荷运行，因此无【wú】功功率比例就比【bǐ】较【jiào】小【xiǎo】，大部分光伏电站都能够【gòu】达到【dào】电网的要求。
但是在夜间，光伏电站逆变器【qì】处于停止【zhǐ】运行状【zhuàng】态，而站内变压器【qì】却始终连接着高【gāo】压电网，这个时候【hòu】，站内【nèi】变压器就变成【chéng】了一个电感性【xìng】负【fù】荷，不【bú】仅会空载消耗一【yī】部分【fèn】有功电力，还会在电站和上级变电站的高【gāo】压回路里产生无功损耗。大型光伏电站【zhàn】的外送电缆线路、主变压器轻【qīng】载运行会产生无功。通常【cháng】可【kě】采用在在【zài】高压【yā】母【mǔ】线增加一组无功【gōng】补【bǔ】偿器【qì】，用【yòng】于吸收夜【yè】间线路产生的无【wú】功功率，使光伏【fú】电【diàn】站夜【yè】间功率因数满足电【diàn】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
无功功率因素问题是近年来【lái】分布式光伏【fú】电站【zhàn】上网遇【yù】到的比较突【tū】出【chū】的问题，特别是工【gōng】商【shāng】业光伏电站。由于【yú】此类电【diàn】站通常都接【jiē】入到企业内部低【dī】压或中压电网，网内所接用电设备【bèi】繁多，特别【bié】是【shì】电机等电感性负载较多【duō】。在原【yuán】来没有安装光伏发电系统时，网内【nèi】的无功补偿系统是【shì】根【gēn】据【jù】电网的有功供电功率和网【wǎng】内的无功功率来自动调节补偿的【de】，因此网【wǎng】内的无功问题可通过【guò】该【gāi】网内设置的【de】无功补偿设备达【dá】到自动补偿的目的，使【shǐ】得网内【nèi】无功功【gōng】率满【mǎn】足电【diàn】网【wǎng】的要【yào】求。
当网内接【jiē】入了光伏发电【diàn】系【xì】统后【hòu】，就意味【wèi】着网内有了第【dì】二个【gè】甚【shèn】至多个【gè】电【diàn】源，光照强烈时，光伏发电系统将会发出强大【dà】的电力，大大降低【dī】电网的【de】电力供应负荷，用电电【diàn】表显【xiǎn】示【shì】的有功功率会随着【zhe】光伏系统功率增大而减【jiǎn】小，甚至会产生光【guāng】伏【fú】发【fā】电余电外送【sòng】的情况。而这个时候如【rú】果网内的负载【zǎi】不变【biàn】，特别是感性负载比较【jiào】大时【shí】，网【wǎng】内【nèi】原配的无功补偿【cháng】系统就会根据大电【diàn】网的供电负荷与用电负荷做【zuò】出【chū】错误的指令和动作【zuò】，导致网内无功【gōng】功率的比例上升，从而导致功率因数减【jiǎn】小。
近【jìn】年来，很多安装光伏的企业因为用户侧【cè】电网的【de】功率因数达不到电【diàn】网公【gōng】司【sī】的【de】要求而被电【diàn】网公司收取高额的力调【diào】电【diàn】费。
工商业用户电费结构
为了解决这【zhè】个【gè】问题，除【chú】了确保电【diàn】网原配【pèi】无【wú】功补【bǔ】偿装置配置【zhì】无误，安【ān】装正确，运行良好外。对于配接容【róng】量大于【yú】变【biàn】压【yā】器容量50%的光伏发电系统，同时网内有较【jiào】多电机等电感【gǎn】性负荷【hé】的情【qíng】况【kuàng】，应特【tè】别注意光伏并【bìng】网点的选择，如果条件容许【xǔ】，应将光伏发电的接入点设【shè】置在原无功【gōng】补偿设备的前端A点(如下图所示)，这样的连接方【fāng】式可以充分利用原【yuán】有无功补偿系统，降【jiàng】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
但是如果因为光伏电站的建设【shè】场地【dì】距A点较远，或由于某些其【qí】他原因，无法在【zài】A点接入，而【ér】不得不选在B点或其他【tā】部位接入时，原【yuán】有无功【gōng】补偿设备【bèi】的采样点虽然能感知到网内无功功率的情况【kuàng】，但是它参考的是电网【wǎng】的供电功率，无法感知【zhī】到【dào】光【guāng】伏发电的输出功率【lǜ】，可【kě】能不能【néng】满【mǎn】足正【zhèng】确调节无功功率的功【gōng】能。
要解【jiě】决【jué】这个问题，就【jiù】必须另外为【wéi】这【zhè】套光伏发电系统安装专【zhuān】用的无功补偿设【shè】备，通常这套【tào】无功补偿设备宜安装在在光【guāng】伏电站的输出侧【cè】，以补充光伏发电系【xì】统缺乏大容量【liàng】无功补【bǔ】偿的能力，满足电网的需求【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【dōu】具【jù】备【bèi】20%左右【yòu】的【de】功率因数调节能力【lì】，对于网内光伏发电的安装容量较【jiào】小，且网内感性【xìng】负载较少【shǎo】的【de】系统，可以不用【yòng】考虑无功补偿设备的问题【tí】，可以通过逆变器【qì】来提供一【yī】部分无功补偿。可是当【dāng】网内无功【gōng】功【gōng】率太大【dà】，超过了【le】逆变【biàn】器的【de】承受和调节【jiē】能力，配置适量的无功补偿设备就成【chéng】了提高电网效率和【hé】光伏电站的有效发电量的主要手段。
工商业光伏逆变器的无功补偿能力曲线
从【cóng】光【guāng】伏系统运行稳定性的角度【dù】来讲，也是尽量【liàng】将光伏发电的并网点选【xuǎn】择在靠【kào】近变压器的地方，离变压器越近的地方电压越稳定，远离变压器的电网末梢【shāo】，电压【yā】波动就【jiù】越大【dà】。频繁的电压、功率波动，都会【huì】导致无功【gōng】补偿装【zhuāng】置【zhì】无法【fǎ】正常运【yùn】行或产【chǎn】生【shēng】误动【dòng】作。
小结
功【gōng】率因数【shù】问题【tí】是很【hěn】多光伏电站，特别是工商业光【guāng】伏电【diàn】站存【cún】在的重要【yào】问题【tí】之一，要在设计【jì】环【huán】节就充分【fèn】考虑原有变压【yā】器、无功【gōng】补偿装置、传输线缆、负载类型和功率【lǜ】等【děng】问题。对于用【yòng】户侧并网的【de】工商业光伏【fú】电站要重视接入点的位置，确保【bǎo】无【wú】功补偿装置能正常发挥作用，电能质量达到电【diàn】网的要求，使【shǐ】光伏【fú】电站高效稳定运行，达到最大经济效益。
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