如何解決工商業(yè)光伏電站功率因數(shù)和無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題

眾所周知，光伏發(fā)電發(fā)出的是直流電，本身不存在無(wú)功或功率因數(shù)的問(wèn)題，但是光伏發(fā)電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電網(wǎng)后會(huì)與電網(wǎng)在匹配上產(chǎn)生一系列的問(wèn)題，無(wú)功功率的問(wèn)題就是其中一個(gè)主要的問(wèn)題。

實(shí)際上光伏電站的接入方式不同，體現(xiàn)出來(lái)的無(wú)功的問(wèn)題也是有很大的不同。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為高壓電網(wǎng)側(cè)接入的大型光伏電站和用戶側(cè)接入的分布式光伏電站。由于接入方式和電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷情況不同，其反映出來(lái)的無(wú)功功率的問(wèn)題和無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊笠彩峭耆灰粯拥?，?yīng)該按實(shí)際情況采取措施。

1、高壓電網(wǎng)側(cè)接入的大型光伏電站

此類電站常采用專線設(shè)計(jì)，將電站電力直接接入到上一級(jí)變電站的變壓器。因此此類電站的無(wú)功問(wèn)題較小，也比較簡(jiǎn)單。白天，當(dāng)光伏電站發(fā)電時(shí)，光伏電站和變電站之間由于沒(méi)有其他負(fù)載，上一級(jí)升壓變壓器的電感就是網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率的主要因素，但是由于白天發(fā)電量較大，變壓器處于幾乎滿負(fù)荷運(yùn)行，因此無(wú)功功率比例就比較小，大部分光伏電站都能夠達(dá)到電網(wǎng)的要求。

但是在夜間，光伏電站逆變器處于停止運(yùn)行狀態(tài)，而站內(nèi)變壓器卻始終連接著高壓電網(wǎng)，這個(gè)時(shí)候，站內(nèi)變壓器就變成了一個(gè)電感性負(fù)荷，不僅會(huì)空載消耗一部分有功電力，還會(huì)在電站和上級(jí)變電站的高壓回路里產(chǎn)生無(wú)功損耗。大型光伏電站的外送電纜線路、主變壓器輕載運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生無(wú)功。通常可采用在在高壓母線增加一組無(wú)功補(bǔ)償器，用于吸收夜間線路產(chǎn)生的無(wú)功功率，使光伏電站夜間功率因數(shù)滿足電網(wǎng)的要求。

大型光伏電站高壓母線增加無(wú)功補(bǔ)償示意圖

2、用戶側(cè)接入的分布式光伏電站

無(wú)功功率因素問(wèn)題是近年來(lái)分布式光伏電站上網(wǎng)遇到的比較突出的問(wèn)題，特別是工商業(yè)光伏電站。由于此類電站通常都接入到企業(yè)內(nèi)部低壓或中壓電網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)所接用電設(shè)備繁多，特別是電機(jī)等電感性負(fù)載較多。在原來(lái)沒(méi)有安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，網(wǎng)內(nèi)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)是根據(jù)電網(wǎng)的有功供電功率和網(wǎng)內(nèi)的無(wú)功功率來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)?，因此網(wǎng)內(nèi)的無(wú)功問(wèn)題可通過(guò)該網(wǎng)內(nèi)設(shè)置的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康?，使得網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率滿足電網(wǎng)的要求。

當(dāng)網(wǎng)內(nèi)接入了光伏發(fā)電系統(tǒng)后，就意味著網(wǎng)內(nèi)有了第二個(gè)甚至多個(gè)電源，光照強(qiáng)烈時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出強(qiáng)大的電力，大大降低電網(wǎng)的電力供應(yīng)負(fù)荷，用電電表顯示的有功功率會(huì)隨著光伏系統(tǒng)功率增大而減小，甚至?xí)a(chǎn)生光伏發(fā)電余電外送的情況。而這個(gè)時(shí)候如果網(wǎng)內(nèi)的負(fù)載不變，特別是感性負(fù)載比較大時(shí)，網(wǎng)內(nèi)原配的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)大電網(wǎng)的供電負(fù)荷與用電負(fù)荷做出錯(cuò)誤的指令和動(dòng)作，導(dǎo)致網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率的比例上升，從而導(dǎo)致功率因數(shù)減小。

近年來(lái)，很多安裝光伏的企業(yè)因?yàn)橛脩魝?cè)電網(wǎng)的功率因數(shù)達(dá)不到電網(wǎng)公司的要求而被電網(wǎng)公司收取高額的力調(diào)電費(fèi)。

工商業(yè)用戶電費(fèi)結(jié)構(gòu)

為了解決這個(gè)問(wèn)題，除了確保電網(wǎng)原配無(wú)功補(bǔ)償裝置配置無(wú)誤，安裝正確，運(yùn)行良好外。對(duì)于配接容量大于變壓器容量50%的光伏發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)網(wǎng)內(nèi)有較多電機(jī)等電感性負(fù)荷的情況，應(yīng)特別注意光伏并網(wǎng)點(diǎn)的選擇，如果條件容許，應(yīng)將光伏發(fā)電的接入點(diǎn)設(shè)置在原無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的前端A點(diǎn)(如下圖所示)，這樣的連接方式可以充分利用原有無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，降低投資。

光伏發(fā)電接入點(diǎn)設(shè)置在原無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的前端示意圖

但是如果因?yàn)楣夥娬镜慕ㄔO(shè)場(chǎng)地距A點(diǎn)較遠(yuǎn)，或由于某些其他原因，無(wú)法在A點(diǎn)接入，而不得不選在B點(diǎn)或其他部位接入時(shí)，原有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的采樣點(diǎn)雖然能感知到網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率的情況，但是它參考的是電網(wǎng)的供電功率，無(wú)法感知到光伏發(fā)電的輸出功率，可能不能滿足正確調(diào)節(jié)無(wú)功功率的功能。

要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須另外為這套光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝專用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，通常這套無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備宜安裝在在光伏電站的輸出側(cè)，以補(bǔ)充光伏發(fā)電系統(tǒng)缺乏大容量無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪芰Γ瑵M足電網(wǎng)的需求。

光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出側(cè)加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置示意圖

大部分工商業(yè)光伏逆變器都具備20%左右的功率因數(shù)調(diào)節(jié)能力，對(duì)于網(wǎng)內(nèi)光伏發(fā)電的安裝容量較小，且網(wǎng)內(nèi)感性負(fù)載較少的系統(tǒng)，可以不用考慮無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的問(wèn)題，可以通過(guò)逆變器來(lái)提供一部分無(wú)功補(bǔ)償?？墒钱?dāng)網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率太大，超過(guò)了逆變器的承受和調(diào)節(jié)能力，配置適量的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備就成了提高電網(wǎng)效率和光伏電站的有效發(fā)電量的主要手段。

工商業(yè)逆變器的無(wú)功補(bǔ)償能力曲線

從光伏系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的角度來(lái)講，也是盡量將光伏發(fā)電的并網(wǎng)點(diǎn)選擇在靠近變壓器的地方，離變壓器越近的地方電壓越穩(wěn)定，遠(yuǎn)離變壓器的電網(wǎng)末梢，電壓波動(dòng)就越大。頻繁的電壓、功率波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)法正常運(yùn)行或產(chǎn)生誤動(dòng)作。

小結(jié)

功率因數(shù)問(wèn)題是很多光伏電站，特別是工商業(yè)光伏電站存在的重要問(wèn)題之一，要在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就充分考慮原有變壓器、無(wú)功補(bǔ)償裝置、傳輸線纜、負(fù)載類型和功率等問(wèn)題。對(duì)于用戶側(cè)并網(wǎng)的工商業(yè)光伏電站要重視接入點(diǎn)的位置，確保無(wú)功補(bǔ)償裝置能正常發(fā)揮作用，電能質(zhì)量達(dá)到電網(wǎng)的要求，使光伏電站高效穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)效益。