分布式光伏并網(wǎng)后對(duì)功率因數(shù)的影響研究

劉璐

摘要：近年來(lái)，行業(yè)內(nèi)分布式光伏電站應(yīng)用逐漸普遍化，該類光伏電站短時(shí)間內(nèi)即可建設(shè)完成，各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，應(yīng)用后收益較為顯著，深受行業(yè)認(rèn)可。但是受到光伏并網(wǎng)影響，一旦出現(xiàn)用戶功率因數(shù)異常情況，將會(huì)嚴(yán)重影響光伏電站應(yīng)用效果。本文以實(shí)例出發(fā)，具體對(duì)常見(jiàn)功率因數(shù)異常情況進(jìn)行判斷，并提出相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償解決方案，通過(guò)對(duì)比各類解決方案，可為后續(xù)相關(guān)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題的研究提供依據(jù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：分布式光伏并網(wǎng);功率因數(shù);接入點(diǎn)

引言：工商企業(yè)通常電價(jià)較高，并且在運(yùn)行過(guò)程中耗電量巨大，因此，通過(guò)應(yīng)用中小型分布式光伏發(fā)電，落實(shí)余電上網(wǎng)模式，借助自發(fā)自用，能夠有效緩解企業(yè)用電壓力，減少企業(yè)用電費(fèi)用，在提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，有利于進(jìn)一步優(yōu)化企業(yè)社會(huì)效益。但是在分布式光伏發(fā)電應(yīng)用過(guò)程中，功率因數(shù)異常情況也十分突出，需要工作人員加強(qiáng)在這一方面的重視度。

1.分布式光伏發(fā)電概述

分布式光伏發(fā)電屬于一種光伏發(fā)電設(shè)施，可通過(guò)將其安裝在需供電場(chǎng)地附近完成發(fā)電。該類光伏發(fā)電能夠支持太陽(yáng)能資源使用，不僅具有良好的清潔性，在高效性方面也較為顯著。通過(guò)將其應(yīng)用在用電需求較高的企業(yè)中，能夠在一定程度上取代化石能源，降低企業(yè)用電費(fèi)用。同時(shí)，因?yàn)榉植际焦夥l(fā)電具有就近利用原則，在光伏電站規(guī)模相同的情況下，該類發(fā)電能夠有利于優(yōu)化發(fā)電量，并且不需要長(zhǎng)途運(yùn)輸，能夠在最大程度上降低電力損耗，應(yīng)用前景廣闊。但是需要注意的是，該類光伏發(fā)電項(xiàng)目在使用過(guò)程中必須連接公共電網(wǎng)，由兩者共同完成供電任務(wù)[1]。

分布式光伏系統(tǒng)主要包括兩部分。其中，逆變器具有跟蹤光伏電池的功能，有利于對(duì)并網(wǎng)電流進(jìn)行控制，在促進(jìn)電能逆轉(zhuǎn)的同時(shí)，有利于在電網(wǎng)中并入正向電流，不僅可提高傳送效率，還能夠保持使其與光伏列陣保持平衡。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，光伏電池主要負(fù)責(zé)能量傳輸，將會(huì)直接對(duì)電壓以及電流曲線產(chǎn)生影響。

并且在溫度、光照不同的情況下，輸出功率也會(huì)出現(xiàn)變化。借助變換器，能夠使光伏系統(tǒng)中存在的直流電，改變?yōu)榻涣麟姟?/p>

2.功率因數(shù)異常問(wèn)題

2.1設(shè)備反復(fù)投切

某企業(yè)結(jié)合自身實(shí)際情況，選擇接入2.2MW分布式光伏發(fā)電站，2個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)均連接在變壓器中，無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝在低壓AC380V母線處。在運(yùn)行后，工作人員經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用光伏發(fā)電站后，一旦發(fā)電功率進(jìn)入到臨界點(diǎn)，使用無(wú)功補(bǔ)償裝置加以測(cè)量，將檢測(cè)出功率因數(shù)異常情況，進(jìn)而呈現(xiàn)電容器反復(fù)投切狀態(tài)，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行十分不利。

對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行分析，工作人員經(jīng)準(zhǔn)確測(cè)量后，在光伏發(fā)電站中，功率因數(shù)呈現(xiàn)異常情況，電容器處于反復(fù)投切狀態(tài)，但是觀察無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其仍處于正常運(yùn)行狀態(tài)?；谶@一情況，工作人員斷開(kāi)光伏電站，進(jìn)一步觀察功率因數(shù)，發(fā)現(xiàn)其恢復(fù)正常。究其原因，在通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)后，可正式安裝光伏電站，并獲取到具體的有功、無(wú)功功率，并以P1、Q1予以表示，經(jīng)檢測(cè)后，可得到公式為 ，表示功率因數(shù)。在完成光伏電站安裝后，可正式將其投入使用，并由光伏電站、市電共同承擔(dān)企業(yè)用電負(fù)荷，以控制器檢測(cè)值作為電網(wǎng)功率因數(shù)考核標(biāo)準(zhǔn)。其中，用電負(fù)荷、光伏電站、市電分別以（P，Q），（P2，Q2），（P1，Q1）表示，在這一過(guò)程中，如果光伏電站達(dá)到電功率值P2，負(fù)載負(fù)荷功率將基本趨于0，而因?yàn)槟孀兤髟诔鰪S時(shí)功率因數(shù)趨于1，所以將無(wú)法提供大量無(wú)功功率，進(jìn)而使Q2接近為0，因此，工作人員往往需要另外投入電容器組，補(bǔ)充無(wú)功功率，確保功率因數(shù)與電網(wǎng)考核要求相符。投入電容器組后，Q1下降，當(dāng)其跌至無(wú)功補(bǔ)償裝置下限值時(shí)，在電容器組數(shù)量不增加的情況下，將會(huì)引發(fā)電容器組頻繁投切，從而使功率因數(shù)穩(wěn)定性下降，在嚴(yán)重的情況下，還會(huì)出現(xiàn)功率因數(shù)急劇下降的情況。

基于上文情況，在應(yīng)用控制器完成信息采集過(guò)程中，工作人員應(yīng)將光伏電站因數(shù)這一因素考慮在內(nèi)，在明確原有采樣設(shè)備信息基礎(chǔ)上，選擇與其在規(guī)格、型號(hào)方面均一致的采樣CT安裝在光伏并網(wǎng)柜中，并借助電流互感器，使采樣CT與控制器相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)上文問(wèn)題的解決，改造方案見(jiàn)圖1。利用這一改造方案后，經(jīng)專業(yè)人員參與檢測(cè)，企業(yè)內(nèi)部無(wú)功補(bǔ)償裝置處于正常運(yùn)行狀態(tài)，上文問(wèn)題未有出現(xiàn)，改造效果良好[2]。

2.2設(shè)備退出

由上文可知，通過(guò)接入采樣CT，可有效解決功率因數(shù)異常情況，但是也會(huì)增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行退出風(fēng)險(xiǎn)。

受企業(yè)效益影響，其負(fù)荷工作時(shí)間并不固定，在負(fù)荷不斷變化的情況下，對(duì)比工廠負(fù)荷功率，如果光伏系統(tǒng)發(fā)電功率處于較高的狀態(tài)，將會(huì)呈現(xiàn)電量側(cè)反送情況，進(jìn)而引發(fā)電容器組退出。究其原因，電容器組退出與控制器逆向功率判斷準(zhǔn)確性有關(guān)，一旦控制器判斷失誤，將會(huì)直接出現(xiàn)電容器組退出情況，導(dǎo)致功率因數(shù)降低。因此，工作人員可選擇兩種解決方法：（1）合理選擇無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，要求其在滿足基本功能的基礎(chǔ)上，還要具備支持逆向功率的能力。功率因數(shù)能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備效率進(jìn)行衡量。在功率因數(shù)較低的情況下，將會(huì)直接導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行效率下降，對(duì)于供電工作而言十分不利。在獲取到準(zhǔn)確有功、無(wú)功電量相關(guān)數(shù)據(jù)后，可完成功率因數(shù)計(jì)算。正常而言，無(wú)功電量與功率因數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即在無(wú)功電量較高的情況下，功率因數(shù)將會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，通過(guò)加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠優(yōu)化功率因素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低無(wú)功功率。（2）可在采樣CT上部設(shè)置接入點(diǎn)。

負(fù)載基波電流屬于固定值，在經(jīng)單位功率輸出的情況下，逆變器僅能夠提供部分基波電流，但是逆變器中并不存在諧波分量，基于此，逆變器無(wú)法使市電獲取到充足的基波電流，當(dāng)負(fù)載總諧波電流不變時(shí)，電流諧波含量將會(huì)得以增加，如果含量高于控制器保護(hù)定值，將會(huì)出現(xiàn)電容器組退出。針對(duì)這一情況，主要解決方案分為兩種：（1）在補(bǔ)償控制器中，借助有效手段，適當(dāng)增加諧波保護(hù)限值，為電容器組運(yùn)行提供保障。但是該方法不利于諧波保護(hù)功能，在應(yīng)用后，將會(huì)在一定程度上增加電容器損壞風(fēng)險(xiǎn)。（2）取采樣CT上部，完成接入點(diǎn)設(shè)置，并安裝光伏電站。

3.功率因數(shù)問(wèn)題研究

在安裝分布式光伏后，無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題的出現(xiàn)較為常見(jiàn)，主要與多方面因素有關(guān)。因此，強(qiáng)調(diào)相關(guān)工作人員應(yīng)提高對(duì)光伏電站早期安裝設(shè)計(jì)工作的重視度，做好各類因素考慮，控制功率因數(shù)異常問(wèn)題，確保配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

正常而言，與轉(zhuǎn)變?nèi)萘肯啾?，?yīng)將光伏電站裝機(jī)容量控制在80%內(nèi)，即不超過(guò)內(nèi)部配電網(wǎng)最大負(fù)荷。在選擇并網(wǎng)點(diǎn)過(guò)程中，如果變壓器、光伏電站容量均超過(guò)80%，可在采樣CT上部設(shè)置接入點(diǎn)，在最大程度上避免在應(yīng)用光伏電站后，電容器組出現(xiàn)的反復(fù)投切問(wèn)題。同時(shí)，如果補(bǔ)償控制系統(tǒng)本身存在問(wèn)題。例如與諧波告警狀態(tài)相接近等，同樣需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇采樣CT上部作為接入點(diǎn)。通過(guò)更換接入點(diǎn)位置，能夠有效對(duì)各類無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題進(jìn)行解決，但是因?yàn)殡娋W(wǎng)主要以計(jì)量點(diǎn)處完成考慮，因此，應(yīng)用這一方法無(wú)法在根本上解決電網(wǎng)罰款問(wèn)題。

4.功率因數(shù)考核采樣點(diǎn)研究

以優(yōu)化電能使用效率作為重點(diǎn)，我國(guó)出臺(tái)了相關(guān)文件提出，當(dāng)電力用戶容量超過(guò)100kVA時(shí)，需要接受功率因數(shù)考核，在未達(dá)到考核標(biāo)準(zhǔn)的情況下，將會(huì)另外加收費(fèi)用。正常而言，常見(jiàn)功率因數(shù)考核標(biāo)準(zhǔn)包括兩類，即0.85、0.90，如果功率因數(shù)不足，將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行困難，并增加罰款數(shù)量。同時(shí)，時(shí)間段不同，用戶負(fù)荷、負(fù)荷性質(zhì)也有所不同，因此，需要用戶科學(xué)設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置，合理調(diào)整補(bǔ)償力度。我國(guó)相關(guān)文件規(guī)定，受到功率因數(shù)影響，如果用戶需要進(jìn)行電費(fèi)調(diào)整，則要以有功、無(wú)功電量作為參考，計(jì)算月均功率因數(shù)。如果客戶使用光伏用電，將由電網(wǎng)、分布式光伏為患者有功、無(wú)功電量提供支撐。但是就目前而言，我國(guó)電網(wǎng)考核點(diǎn)仍以電網(wǎng)部分作為重點(diǎn)，并未將光伏分量考慮在內(nèi)。因此，在后續(xù)工作中，應(yīng)進(jìn)一步將光伏分量納入到電網(wǎng)考核點(diǎn)中，借助兩者疊加，確?；颊邔?shí)際有功、無(wú)功電量計(jì)算的準(zhǔn)確性，以用戶實(shí)際情況出發(fā)，合理對(duì)光伏電站力率進(jìn)行調(diào)整，確保電網(wǎng)考核精準(zhǔn)性[3]。

結(jié)論：通過(guò)在配電網(wǎng)中接入分布式光伏電站，能夠有效提高配電網(wǎng)運(yùn)行能力，但是受到多種因素影響，也會(huì)增加功率因數(shù)異常風(fēng)險(xiǎn)。因此，要求相關(guān)工作人員應(yīng)充分考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素，對(duì)各類無(wú)功補(bǔ)償解決方案進(jìn)行綜合分析。本文以具體實(shí)際項(xiàng)目為例，深入研究功率因數(shù)異常問(wèn)題，為常見(jiàn)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題制定了針對(duì)性的建議，為分布式光伏電站實(shí)際應(yīng)用提供了有效保障。

參考文獻(xiàn)：

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