光伏電站對所接入配電網(wǎng)功率因數(shù)的影響

賈曉杰

摘 要：在380 V電壓等級接入廠區(qū)配電網(wǎng)的小型光伏電站運行過程中，光伏電站發(fā)電運行后，廠區(qū)并網(wǎng)點處功率因數(shù)持續(xù)變化，超出國網(wǎng)公司規(guī)定的要求。通過總結(jié)光伏電站功率因數(shù)的變化規(guī)律，分析功率因數(shù)變化的原因及光伏電站對接入配電系統(tǒng)功率因數(shù)的影響，提出了無功補償控制優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：光伏電站；配電網(wǎng)；功率因數(shù)；無功補償

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.103

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前，光伏電站主要分為大型地面電站和分布式光伏電站兩種型式。大型地面電站是將光伏電站升壓接入輸電網(wǎng)，僅作為發(fā)電電站運行；分布式光伏電站是將光伏電站接入配電網(wǎng)，發(fā)電、用電并存，且要求盡可能就地消納，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設(shè)備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、升壓變壓器、交流開關(guān)柜等。光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換輸出的電能經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電接入輸電網(wǎng)或配電網(wǎng)。

在接入配電網(wǎng)的過程中發(fā)現(xiàn)，光伏電站輸出功率隨太陽光強度增加而增加時，配電系統(tǒng)從電網(wǎng)中吸收的有功功率減少。由于無功補償方案不合理，配電系統(tǒng)從電網(wǎng)中吸收的無功功率并未相應(yīng)減少，光伏電站所接入配電網(wǎng)降壓主變壓器計量點功率因數(shù)逐步降低，達不到規(guī)定要求（0.85），導(dǎo)致計量表計量誤差較大。在分布式光伏電站就地消納時，供電線路功率因數(shù)較低，線路損耗呈減少趨勢。本文詳細分析了這一現(xiàn)象，并提出無功補償控制優(yōu)化方案。

1 案例介紹

本文以某400 kW分布式光伏電站為例，光伏組件分布于廠區(qū)車間屋頂，通過匯流箱將組件輸出直流匯集到直流柜，再通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為380 V接入廠區(qū)配電系統(tǒng)。廠區(qū)配電變壓器電壓等級為10 kV，容量為2 000 kVA，具體如圖1所示。

在光伏電站運行過程中發(fā)現(xiàn)，隨著光伏功率的增加，K1點功率因數(shù)逐步降低，在中午光伏電站出力最大時，功率因數(shù)降低至0.5左右。光伏電站脫網(wǎng)后，K1點功率因數(shù)恢復(fù)正常。測量光伏電站接入點K2的功率因數(shù)，發(fā)現(xiàn)光伏電站輸出的功率因數(shù)為0.98，正常。

2 原因分析

在廠區(qū)配電網(wǎng)中使用電容進行無功補償，小型光伏并網(wǎng)電站并沒有配置動態(tài)無功補償裝置，或者在接入配電網(wǎng)時光伏電站所配置的無功補償裝置是將光伏電站接入點K2的功率因數(shù)作為控制目標，具體如圖2所示。

功率因數(shù)的計算公式為：

. （1）

式（1）中：cosφ為功率因數(shù)；P為有功功率；Q為無功功率。

光伏發(fā)電單元功率因數(shù)大于0.98時可近似認為只輸出有功功率。隨著光伏功率的增加，廠區(qū)配電變壓器從電網(wǎng)中吸收的有功功率逐步減少，而從電網(wǎng)中吸收的無功功率并沒有減少，光伏電站無功補償裝置是以光伏發(fā)電單元并網(wǎng)點的功率因數(shù)為控制目標，沒有隨光伏電站有功功率的增加而增加無功功率輸出，因此，K1點功率因數(shù)出現(xiàn)隨光伏功率的增加而減小的現(xiàn)象。K1點功率因數(shù)隨光伏電站容量占用配電網(wǎng)容量比例的增加而減小。當(dāng)光伏電站有功功率大于廠區(qū)用電功率時，K1點功率因數(shù)還會出現(xiàn)正負變化的情況。

3 解決方案

對于功率因數(shù)變化的情況，相關(guān)人員可在小型光伏并網(wǎng)電站中配置動態(tài)無功補償裝置，且無功補償裝置不應(yīng)將K2點的功率因數(shù)作為控制目標，而應(yīng)將配電變壓器處即K1點的功率因數(shù)作為控制目標。當(dāng)有功功率變化時，調(diào)節(jié)無功功率可避免功率因數(shù)變化的情況，如圖3所示。

目前，由于逆變器本身輸出的功率因數(shù)在-0.98～+0.98之間可調(diào)，因此可增加功率因數(shù)控制裝置，根據(jù)配電網(wǎng)K1點的功率因數(shù)控制逆變器有功、無功輸出。這樣，不用增加或減少動態(tài)無功補償裝置的容量，便能夠保證功率因數(shù)在正常范圍內(nèi)，節(jié)省了動態(tài)無功補償裝置的投資成本。

4 結(jié)束語

優(yōu)化光伏電站無功補償方案，可避免配電網(wǎng)主變壓器處功率因數(shù)大幅變化的現(xiàn)象，消除因功率因數(shù)降低而引起關(guān)口計量誤差的增大，同時減少輸電線路的損耗，提高逆變器、無功補償裝置的利用率。

〔編輯：劉曉芳〕

Effect of Photovoltaic Power Station on the Power Factor of the Grid Connected to the Power Grid

Jia Xiaojie

Abstract： In the 380 V voltage level of the power plant in the power station operation of small photovoltaic power station， the power plant and the power factor in the network， the requirements of the regulations of the company. Through summarizing the change of power factor， this paper analyzes the causes of power factor and the influence of PV power station on the power factor of the power system.

Key words： photovoltaic power plant； distribution network； power factor； reactive power compensation