前言

最近，光伏系統與原有配電系統的兼容問題得到了大家的關注，因為電網的功率因數達不到電網公司的要求而受到罰款的情況也時有發生，本文檔將功率因數概念入手，分析事例，最后給出建議和問題處理辦法。

一、為什么功率因數不達標，供電公司會罰款？

負載的功率因數低，會引起以下不良后果，主要表現有兩個方面：

（1）電力系統和用電企業的設備不能被充分利用。

因為電力系統內的發電機和變壓器等設備，在正常情況下，不允許長期超過額定電壓和額定電流運行。所以當電壓和電流都已達到額定值時，功率因數低便造成設備有功功率的輸出較少。同樣容量的設備，功率因數越低，其輸出的有功功率就越少。

（2）引起電力系統電能損耗增大和供電質量降低。

對輸電和配電線路來說，線路中的損耗與電流大小的平方成正比，當輸送同樣大小的有功功率P＝IUcosφ時，功率因數cosφ越低，輸電線路中的電流I＝P／Ucos φ就越大，而線路的電能損耗是與電流的平方成正比增加的。

另外，當功率因數降低，線路電流增大時，勢必造成線路中電壓降增大，這將導致線路末端的電壓降低。若要滿足末端用戶電壓要求，則線路始端的電壓就要升高，從而會使整個線路的供電質量降低。

從以上兩方面來看，提高用電功率因數是非常必要的，它不但可以提高電力系統和用電企業設備的利用率，做到在同樣發電設備條件下，提高發電能力。而且可以減小電能損耗和提高用電質量，它是節約用電的一項很重要的技術措施。

二、功率因數的概念

在交流電力系統中，有三種常用的功率表征量：有功功率P、無功功率Q和視在功率S，他們之間的三角關系如下圖：

有功功率可以看做交流電路中阻性負載消耗的功率，而無功功率主要由電路中感性負載決定。

三、功率因數降低的原因

總體來看，功率因數下降的原因主要是：

1、不具備補償設備或者原有補償設備實際可用補償容量不足

中小型工商業考慮到項目成本問題，一般不會加裝補償設備SVG。

另外，由于使用時間過長，有一些交流接觸器可能已經發生了損壞，同時補償電容的容量也會隨著使用時間而產生衰減；這就導致了我們補償設備額不工作或者可用補償容量不足。

2、補償設備檢測點選擇不正確

1點為補償柜的檢測點，當光伏發的電（有功）供負荷使用，通過1的有功相應的就會變少，而從電網用的無功還是不變，這就造成了1點檢測到的功率因數偏低，電容補償柜的電容會進行投切。

但是當負荷小于光伏發的電時，光伏就有賣電情況，一旦1檢測到上行電流早期市面上大多數無功補償控制器只能檢測到買電狀態下才能正常進行無功補償投切電容瓶的操作，所以一旦1檢測到上行電流，此時控制器會判斷為有容性無功產生，會逐步自動將自身的電容瓶切出。這就是現場出現功率因數異常的原因。

3、無功補償設備的控制器損壞

4、電網中負載帶來的諧波較大，補償電容器無法正常投切

而補償設備實際可用容量不足和檢測點位置選擇不正確，是問題的主要原因。

四、功率因數偏低的解決方案

1、被動式功率因數調節方式

將逆變器功率因數設置為0.8~1之間某一定值，通過逆變器補償一部分無功；這個就需要逐步適當的調整后，通過觀察一段時間后，如果功率因數還是偏低，那么還要繼續對逆變器進行調整，直到功率因數正常。

缺點：光伏會固定輸出一部分無功值，影響光伏發電量

2、將無功補償裝置的檢測點后移至變壓器的出線側，即如下圖：

把光伏的部分移到無功補償采樣CT的前端，即讓光伏系統與電網同性質，共同為負載出力，同時富余電量上行時，不經過CT的采樣CT，僅僅經過計量采樣CT。

3、增加固德威SEC1000智慧能源控制箱，動態無功補償

外部圖片

接線示意圖

工作原理：

其工作原理為通過采集線路上的實際功率因數和目標功率因數進行對比，計算出需求的無功數值，使得逆變器可以自行分配控制輸出所需的功率，對光伏電站進行智能無功補償，調節實時系統功率因數，最大限度提高光伏電站收益。

功率因數設置

說明

1.利用逆變器的PF調節功或自動無功補償裝置盡管成本較低，但會影響太陽能發電的最大功率，并且一般逆變器的無功能力有限。

2.動態無功補償方案是基于RS485通訊調節，響應時間在秒級，對于光照或者負載快速變化的情況，無功補償柜的瞬時功率因數仍會出現低于設定值的情況，但不會對一個月總體的功率因數產生影響。

3.動態無功補償也應考慮到項目改造的可行性。

五、建議和處理辦法

項目開始之前，明確：

·         補償裝置的檢測點要放在配電網檢測那一級；

·         分布式商業電站在項目設計之初就要考慮到原有變壓器、無功補償裝置、傳輸線纜、負載類型和功率以及光伏系統的兼容問題；

·         光伏系統的并網點最好選擇功率穩定的并網點，頻繁的功率波動，可能會出現無功補償裝置無法正常投切的事件.

項目運行過程中遇到問題，可以：

·         暫時將逆變器的輸出功率因數調低（不要低于0.9），讓光伏系統暫時輸出一定的無功功率；

·         檢查無功補償裝置檢測點的位置；

·         檢查無功補償裝置實際可用容量能不能滿足功率因數的要求，不滿足的情況下，可以增加或者更換補償柜。

總結

功率因數問題是工商業分布式光伏項目需要特別關注的，但事實上它并沒有想象中的那么復雜，了解并掌握上文所述的內容，或許對您的電站運維有所幫助。