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近幾年，我國光伏并網(wǎng)發(fā)電項目發(fā)展迅速，根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國2014年光伏并網(wǎng)發(fā)電總裝機量10.5GW，其中分布式2.05GW，2015年上半年總裝機量7.73GW，分布式1.04GW。隨著裝機容量的快速增長，光伏并網(wǎng)發(fā)電與原有電網(wǎng)兼容性問題日益顯現(xiàn)，特別是分布式光伏并網(wǎng)項目，一般電網(wǎng)容量較小，容易出現(xiàn)兼容性問題，其中發(fā)生較多的是光伏設備投入后，原配電網(wǎng)出口功率因數(shù)下降至0.9以下，造成不良影響。

這里就我公司光伏逆變器在不同現(xiàn)場接入后功率因數(shù)下降問題和相應解決方法做一簡單總結，也簡單談一下對分布式光伏電站設計的一些理解和建議。

首先說明一下功率因數(shù)相關公式：

cosΦ= P/S，其中P為有功功率，S為視在功率，

S^2=P^2+Q^2，Q為無功功率，

由公式可知，功率因數(shù)大小與系統(tǒng)有功功率P和無功功率Q相關，當Q為零時，功率因數(shù)為1，當Q小于零時，系統(tǒng)吸收無功，cosΦ為負值，當Q大于零時，系統(tǒng)輸出無功，cosΦ為正值。

下面以幾個例子分析一下光伏設備接入后功率因數(shù)下降的原因。

1 例子一

示意圖如圖1所示，某工廠通過一條10kV線路供電，變壓器容量2000kVA，光伏發(fā)電設備總?cè)萘?00kW，并網(wǎng)點在總400V配電柜，工廠原來安裝有400V三相共補型SVC，電流電壓采樣點均在10kV變400V變壓器下口。在光伏設備投運前，系統(tǒng)功率因數(shù)穩(wěn)定在0.9~0.95之間，光伏設備投運后，功率因數(shù)在0.7~0.9之間跳變。

分析：該分布式項目電網(wǎng)結構簡單，并且光伏并網(wǎng)點接近總變壓器，只有一臺SVC設備，問題排除可逐步確認，首先通過工廠并網(wǎng)點電表確認光伏設備接入前系統(tǒng)的有功功率和無功功率，P為700kW，Q為300kVA，光伏設備接入后，P為350kW~500kW，Q為310kVA。根據(jù)數(shù)據(jù)可見，光伏設備接入后系統(tǒng)無功基本無變化，因為光伏逆變器大多以單位功率因數(shù)運行，輸出基本為全有功，系統(tǒng)功率因數(shù)下降原因主要為系統(tǒng)消耗有功功率有一部分由光伏設備提供，從電網(wǎng)吸收有功功率減少，因此根據(jù)公式 cosΦ= P/S，功率因數(shù)降低。從數(shù)據(jù)中同樣可以看出，在光伏設備未接入前，系統(tǒng)無功Q為300kVA，其值偏大，一般SVC設備設定補償起始功率因數(shù)為0.95左右，而現(xiàn)場功率因數(shù)低于該值，懷疑現(xiàn)場SVC設備運行不正常，經(jīng)現(xiàn)場檢查，SVC設備所有電容全部投入，懷疑SVC設備容量不足，因SVC設備為工廠方面原有設備，而且使用時間較長，檢查和維修均不方便，因此放棄通過調(diào)整SVC提高功率因數(shù)的方案。現(xiàn)場將光伏逆變器輸出更改為無功給定模式，調(diào)整逆變器使總無功輸出為200kVA，再次投入使用后，觀察并網(wǎng)點數(shù)據(jù)。P為350kW~500kW。Q為100kVA，功率因數(shù)保持在0.95以上，至此問題解決。

2 例子二

某工廠通過一臺1000kVA容量變壓器供電，光伏設備總?cè)萘?00kW，同樣配有SVC設備，光伏設備接入前系統(tǒng)功率因數(shù)0.95~0.97之間，光伏設備接入后，功率因數(shù)0.3~0.7之間。

分析：同樣先通過工廠總并網(wǎng)點電表觀察光伏設備接入前后有功無功變化，接入前P為200~300kW，Q為30kVA，接入后P為50~150kW，Q為70~110kVA。通過數(shù)據(jù)可以看出光伏設備接入后系統(tǒng)總無功上升較多，檢查SVC設備后發(fā)現(xiàn)，電容組投切不正常，有時會出現(xiàn)報警，全部電容同時切出狀況，查詢無功補償控制器手冊，報警原因為系統(tǒng)電流諧波超標，為保護電容器，因此將其切出。通過在網(wǎng)上查找相關資料，具體的原因是因為在光伏設備接入后，由于逆變器以單位功率因數(shù)輸出，而且電流諧波含量較少，可以認為其提供了部分基波電流，流經(jīng)變壓器的基波電流因而減小。而系統(tǒng)中的諧波電流沒有變化，這樣在諧波濾波、無功補償?shù)娜狱c，即變壓器低壓側(cè)，電流諧波相對含量就變大了，也就是無功補償控制器計算出的THD值變大了，當這個值超過報警值時，SVC設備就無法正常進行無功補償了。現(xiàn)場處理方法為修改無功補償控制器THD保護值，保證在THD相對較大情況下也可以正常運行，但這種方案存在一定風險，有可能導致SVC的電容組損壞。如果想要從根本上解決，***好的方法是將SVC更換為APF設備，在補償無功的同時也可以補償諧波，就不會出現(xiàn)諧波超標問題。通過這個項目我們可以看出，雖然光伏接入容量滿足了小于其上級變壓器容量25%的***，但實際運行時仍可能出現(xiàn)問題，在設計中應當充分考慮用戶實際用電功率，光伏設備總功率可以配置為實際用電功率的一半，這樣對電網(wǎng)的影響一般較小，各配電設備基本都可不受影響正常運行。

3 例子三

示意圖如圖2所示，某工廠通過一條10kV線路供電，變壓器容量2000kVA，400V線路共分為5個車間，每個車間400kVA，均配有SVC設備，光伏設備總量400kW，接入點為焊接車間400V配電柜下口，該車間SVC設備采樣點也為該配電柜。光伏設備接入前，10kV并網(wǎng)點功率因數(shù)0.95左右，光伏設備接入后，功率因數(shù)下降到0.8左右。

分析：首先可以很明顯的看出該項目設計的不合理，光伏設備并網(wǎng)點選在一個車間母線上，與該車間用電功率幾乎相等，線路很容易出現(xiàn)逆流情況，對補償設備和采集設備都有較大影響。因為光伏接入在焊接車間支路母線，因此從焊接車間接入上級母線接入點電表讀數(shù)開始分析，在光伏接入之前，P為190~260kW，Q為30kVA，光伏設備接入后，P為-50~-100kW，Q為-250kVA。在光伏設備接入后，焊接車間SVC設備所有電容全部切出，功率因數(shù)顯示-0.1~-0.3，很明顯SVC檢測到的有功功率和無功功率不正確，導致其工作異常。將光伏設備從系統(tǒng)斷開，將SVC電容手動全部切出，觀察電表顯示P為190~260kW，Q為250kVA，逐臺并入光伏設備，觀察到電表有功功率P逐漸減小，Q基本不變，當P減小到負值后，Q由250kVA變?yōu)?250kVA，至此問題原因找到，是因為無功補償控制器不兼容逆向功率，導致測量結果錯誤，從而錯誤的控制電容器切出，***終導致總并網(wǎng)點功率因數(shù)下降。具體解決方法為更換新型號無功補償控制器，禁用控制器的自動檢測接線功能，重新接入光伏設備，觀察焊接車間電表顯示P為-50~-100kW，Q為30kVA，總并網(wǎng)點功率因數(shù)恢復正常。

4 總結

通過以上三個實際例子，基本上可以總結出解決這類問題的方法，首先確定光伏設備接入母線，其次確認該母線上無功補償設備采樣點，***后根據(jù)母線總出口電表數(shù)據(jù)分析問題原因。有的時候原因很容易找到，但是解決起來很困難，在項目整體施工都完成的情況下更換并網(wǎng)點，或者原本不會出現(xiàn)逆流的支路現(xiàn)在會出現(xiàn)逆流，這些問題有時只能采取臨時方案或者妥協(xié)放任低功率因數(shù)，再者只能多花錢采購功能更強大的無功補償設備，無論對用戶還是對設備廠商都是不愿看到的，因此在項目初期就做好設計才能從根本上避免問題的出現(xiàn)。

項目設計首先需要確定的是容量，根據(jù)客戶需求容量分析現(xiàn)有線路、變壓器、并網(wǎng)點是否滿足要求，小型光伏電站總?cè)萘吭瓌t上不宜超過上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)的***大負荷的25％。這里不超過***大負荷的25%對所有支路都要分別考慮，特別是每個支路都有獨立無功補償設備的時候，比較好的設計是把光伏設備分散在不同支路并網(wǎng)，這樣對單個支路的影響可以減到***小。

其次設計中需要考慮的是總體母線或者支路中的負載情況，對于負載變化頻繁而且功率波動較大的支路不宜選為光伏接入點，光伏設備的加入可能加大該支路功率的波動，造成支路電壓和頻率變化，嚴重時會導致逆變器脫網(wǎng)，負載損壞等，同時線路電壓、電流諧波也有可能受到影響，導致對諧波敏感設備不能正常工作。

設計中***好提前了解用戶配電網(wǎng)中已有的無功補償或者APF等設備，對光伏設備接入相應支路可能造成的影響提前做好預案，一旦出現(xiàn)情況可以有方案進行補救。***好能夠提前了解相關設備的功能和參數(shù)，有條件的可以提前測試性能和保護值。

以上幾點就是對分布式電站設計中功率因數(shù)相關問題的一些小建議，希望能給大家在電站設計中做個參考，其中例子只是對特定項目的一些總結，難免有所疏漏，其他現(xiàn)場的實際情況可能存在不同，具體問題還要具體分析，如果大家在電站設計中有什么好的想法歡迎來電交流。