光伏系统功率因数下降案例分析

最近，光伏系统与原有配电系统的兼容问题得到了大家的关注，因电网的功率因数达不到电网公司的要求而受到罚款的情况也时有发生，我司将从功率因数概念入手，分析事例，给出建议和问题处理办法。

功率因数的概念

在交流电力系统中，有三种常用的功率表征量：有功功率P、无功功率Q和视在功率S，他们之间的三角关系如下图：

功率因数（cosφ）就是交流电路中，有功功率对视在功率的比值。有功功率可以看做交流电路中阻性负载消耗的功率，而无功功率主要由电路中感性负载决定。

功率因数计算公式如下：cosφ=P/S   S²=Q²+P²

在国内分布式光伏发电项目中，安装光伏系统后，原有配电网功率因数下降的原因主要有以下几点：

1、原有补偿设备实际可用补偿容量不足;

2、补偿设备检测点选择不正确;

3、电网中负载带来的谐波较大，补偿电容器无法正常投切。

4、补偿设备实际可用容量不足和检测点位置选择不正确，是问题的主要原因。

事例分析

盐城某工厂近期因功率因数不达标而导致罚款，经我公司现场检查发现存在如下问题：

1、现场无功补偿装置由于使用时间过长，部分补偿电容容量有所衰减;

2、配电网中所有负载均工作时，电表显示的有功功率随光伏系统功率的增大而减小，从而导致功率因数减小;

3、暂时关闭‘其他感性负载’，电表显示有功功率和无功功率同时降低计算得出的功率因数较小;

4、暂时关闭光伏系统，电表显示的有功功率增加，无功功率变化较小，计算得到的功率因数在0.90附近波动，也会有低于0.89的情况;

5、现场大功率电机处于满载运行状态，且设备有老化现象；

6、现场未安装智能无功补偿控制器，电容补偿取样点在光伏并网点后端。

7、该工厂电网、负载、无功补偿设备和光伏系统接线示意如下：

功率因数下降的原因如下：

1、配电网中，无功补偿装置因衰减导致其可用补偿的容量较小，无法满足补偿需求;

2、无功补偿装置的取样点设置错误，其互感器的取样点处于光伏并网点的后端，取样电流是光伏和电网的总电流，使无功补偿产生误判；

3、现场未安装无功功率智能补偿控制器，当光伏发电量大于工厂用电量时，会出现电容柜不工作的情况，导致并网点的功率因数降低；

4、光伏系统所发电能优先由工厂使用，且所发电能基本为有功，因此负载从电网吸收的有功，随光伏系统发电量的增大而减小，而负载从电网吸收的无功基本不变，功率因数自然会降低。

项目施工整改：

1、将无功补偿装置的检测点移至光伏前端，断路器下侧，如上图所示：

2、安装光伏系统专用无功补偿四象限智能控制器，解决光伏发电功率大于负载用电功率时，电容柜无法正常投切的问题；

3、重新评估计算配电网中感性负载、阻性负载和光伏系统之间的关系，按照功率因数三角测算出需增补的无功补偿容量；

4、项目整改完成系统如图所示：

项目整改完成后，观察一个月，项目功率因数正常。

建议及处理办法：

项目开始之前，明确：

1、自发自用、余电上网的分布式光伏系统的容量尽量不要超过上级变压器容量的80%;

2、补偿装置的取样点要放在配电网取样那一级;

3、光伏发电项目在设计之初就要考虑到原有变压器、无功补偿装置、传输线缆、负载类型、功率以及光伏系统的兼容等问题;

4、光伏系统的并网点最好选择功率稳定的并网点，频繁的功率波动，可能会出现无功补偿装置无法正常投切的情况。

项目运行过程中遇到问题，可以：

1、暂时将逆变器的输出功率因数调低(不要低于0.9)，让光伏系统暂时输出一定的无功功率;

2、检查无功补偿装置检测点的位置;

3、检查无功补偿装置实际可用容量是否满足功率因数要求，不满足时，可以增加或者更换电容补偿柜。

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