如何解決工商業光伏電站功率因數和無功補償問題

眾所周知，光伏發電發出的是直流電，本身不存在無功或功率因數的問題，但是光伏發電經逆變器轉換成交流電網后會與電網在匹配上產生一系列的問題，無功功率的問題就是其中一個主要的問題。

實際上光伏電站的接入方式不同，體現出來的無功的問題也是有很大的不同。目前光伏發電系統可分為高壓電網側接入的大型光伏電站和用戶側接入的分布式光伏電站。由于接入方式和電網內負荷情況不同，其反映出來的無功功率的問題和無功補償的要求也是完全不一樣的，應該按實際情況采取措施。

1、高壓電網側接入的大型光伏電站

此類電站常采用專線設計，將電站電力直接接入到上一級變電站的變壓器。因此此類電站的無功問題較小，也比較簡單。白天，當光伏電站發電時，光伏電站和變電站之間由于沒有其他負載，上一級升壓變壓器的電感就是網內無功功率的主要因素，但是由于白天發電量較大，變壓器處于幾乎滿負荷運行，因此無功功率比例就比較小，大部分光伏電站都能夠達到電網的要求。

但是在夜間，光伏電站逆變器處于停止運行狀態，而站內變壓器卻始終連接著高壓電網，這個時候，站內變壓器就變成了一個電感性負荷，不僅會空載消耗一部分有功電力，還會在電站和上級變電站的高壓回路里產生無功損耗。大型光伏電站的外送電纜線路、主變壓器輕載運行會產生無功。通常可采用在在高壓母線增加一組無功補償器，用于吸收夜間線路產生的無功功率，使光伏電站夜間功率因數滿足電網的要求。

大型光伏電站高壓母線增加無功補償示意圖

2、用戶側接入的分布式光伏電站

無功功率因素問題是近年來分布式光伏電站上網遇到的比較突出的問題，特別是工商業光伏電站。由于此類電站通常都接入到企業內部低壓或中壓電網，網內所接用電設備繁多，特別是電機等電感性負載較多。在原來沒有安裝光伏發電系統時，網內的無功補償系統是根據電網的有功供電功率和網內的無功功率來自動調節補償的，因此網內的無功問題可通過該網內設置的無功補償設備達到自動補償的目的，使得網內無功功率滿足電網的要求。

當網內接入了光伏發電系統后，就意味著網內有了第二個甚至多個電源，光照強烈時，光伏發電系統將會發出強大的電力，大大降低電網的電力供應負荷，用電電表顯示的有功功率會隨著光伏系統功率增大而減小，甚至會產生光伏發電余電外送的情況。而這個時候如果網內的負載不變，特別是感性負載比較大時，網內原配的無功補償系統就會根據大電網的供電負荷與用電負荷做出錯誤的指令和動作，導致網內無功功率的比例上升，從而導致功率因數減小。

近年來，很多安裝光伏的企業因為用戶側電網的功率因數達不到電網公司的要求而被電網公司收取高額的力調電費。

工商業用戶電費結構

為了解決這個問題，除了確保電網原配無功補償裝置配置無誤，安裝正確，運行良好外。對于配接容量大于變壓器容量50%的光伏發電系統，同時網內有較多電機等電感性負荷的情況，應特別注意光伏并網點的選擇，如果條件容許，應將光伏發電的接入點設置在原無功補償設備的前端A點(如下圖所示)，這樣的連接方式可以充分利用原有無功補償系統，降低投資。

光伏發電接入點設置在原無功補償設備的前端示意圖

但是如果因為光伏電站的建設場地距A點較遠，或由于某些其他原因，無法在A點接入，而不得不選在B點或其他部位接入時，原有無功補償設備的采樣點雖然能感知到網內無功功率的情況，但是它參考的是電網的供電功率，無法感知到光伏發電的輸出功率，可能不能滿足正確調節無功功率的功能。

要解決這個問題，就必須另外為這套光伏發電系統安裝專用的無功補償設備，通常這套無功補償設備宜安裝在在光伏電站的輸出側，以補充光伏發電系統缺乏大容量無功補償的能力，滿足電網的需求。

光伏發電系統輸出側加裝無功補償裝置示意圖

大部分工商業光伏逆變器都具備20%左右的功率因數調節能力，對于網內光伏發電的安裝容量較小，且網內感性負載較少的系統，可以不用考慮無功補償設備的問題，可以通過逆變器來提供一部分無功補償。可是當網內無功功率太大，超過了逆變器的承受和調節能力，配置適量的無功補償設備就成了提高電網效率和光伏電站的有效發電量的主要手段。

工商業逆變器的無功補償能力曲線

從光伏系統運行穩定性的角度來講，也是盡量將光伏發電的并網點選擇在靠近變壓器的地方，離變壓器越近的地方電壓越穩定，遠離變壓器的電網末梢，電壓波動就越大。頻繁的電壓、功率波動，都會導致無功補償裝置無法正常運行或產生誤動作。

小結

功率因數問題是很多光伏電站，特別是工商業光伏電站存在的重要問題之一，要在設計環節就充分考慮原有變壓器、無功補償裝置、傳輸線纜、負載類型和功率等問題。對于用戶側并網的工商業光伏電站要重視接入點的位置，確保無功補償裝置能正常發揮作用，電能質量達到電網的要求，使光伏電站高效穩定運行，達到最大經濟效益。