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摘要：分布式光伏在不断发展的同时，也产生种种不可避免的问题，尤其是分布式光伏对用电户功率因数的影响，使用户产生不必要的损失。为提高光伏用电户功率因数，本文通过对用户无功补偿柜加装一套光伏发电无功电气分析模块，最终解决该问题。并通过实践的检定，取得良好的效果。
关键词：分布式光伏；功率因数
1.分布式光伏接入对用电客户功率因数的影响
目前分布式光伏大多采用接入用户内部电网的形式并网。根据要求，380V电压等级并网的分布式电源功率因数应能在超前0.95～滞后0.95范围内可调，因此光伏发电站本身的功率因数都较高，其吸收或发出的无功较小，对用户的功率因数影响很小。但由于分布式光伏接入用户内部电网，其所发有功和无功电能将对受电计量点处的有功和无功产生变化，从而影响用户的功率因数。根据目前用户功率因数的考核计算公式，受电计量点处的有功P取用户下受的正向有功，而无功Q取正反向无功绝对值之和。因此用户内部的分布式光伏电站所发的有功电能越大，用户下受的正向有功P越小，对用户的功率因数影响越大。
2光伏并网功率因数分析
光伏发电的典型接入模式为“自发自用，余电上网”：在用户原有配电设施上进行接入，光伏发电板通过逆变器整流输出交流电，并经过升压变接入高压侧并网。光伏并网用户有两块计量表计：一块为用户并网表，计算电网与用户结算的总电量；另一块表为光伏发电表计，计量通过光伏设备发出的电能量，用以计算国家补贴。该模式下，用户并网表计量的电量实际为用户总用电量减去光伏发电量。可以看出，光伏容量接近用电容量时，并网侧表计计量的电量将大量减少。选取极端情况，在用户用电量与光伏发电量恰好持平的情况下，光伏逆变器仅输出纯有功功率，则电网不对用户输出有功功率，而电网同时需要对用户输入无功功率，此时该用户功率因数明显下降。
3无功功率分析
3.1普通用户无功分析
1）用户生产所需的有功功率P负载=P系统；
2）用户生产所需的无功功率Q负载=Q系统+q补；
3）功率因数：cosΦ=cos（arctan（Q系统/P系统））=cos（arctan（Q负载–q补）/P负载）。
可以看到，无功补偿越接近负载无功，即用户整体负载属性趋近于纯电阻，功率因数越接近1。
3.2光伏并网无功分析
1）用户生产所需的有功功率P负载=P系统+P光；
2）用户生产所需的无功功率Q负载+Q*升压=Q系统+q补+q光，其中Q*升压为具有升压变的光伏电站升压变运行所需消耗的无功功率；
3）功率因数：cosΦ=cos（arctan（Q系统/P系统））=cos（arctan（Q负载+Q*升压–q补–q光）/P负载–P光）。
通过比较，可以看出：在用户生产所需负荷一定的情况下（P负载、Q负载不变，q补作为用户已有电容也不变），则光伏接入后P系统（=P负载–P光）会变小，为保证功率因数保持良好，则Q系统（=Q负载+Q*升压–q补–q光）也需要相应变小才能满足要求。功率因数cosΦ在双重影响下会大大降低。光伏电站无功调节可通过并网逆变器、集中无功补偿装置等实现，从资源优化利用的角度，优先利用并网逆变器无功容量及其调节能力。该逆变器无功控制方式设置为恒功率运行，并且功率因数恒定设为0.99。在该种控制方式下，系统提供给用户的有功功率因为光伏的接入而降低，但因为逆变器不提供无功容量，所以系统提供给用户的无功功率保持不变在该种情况下，势必会降低用户计量关口处功率因数。通过分析其他光伏用户，情况基本与案例用户一致，产生问题的主因为有功功率减少。
4解决方案
目前逆变器功率因数控制方式有两种：1）将功率因数设置为定值，案例中的用户便属于这种，将功率因数设置为0.99，此时逆变器提供的无功功率为恒定；2）通过实时调节指令，调节逆变器无功容量，但此功能并非所有逆变器均能实现。通过以上两种方法调整无功功率不会改变视在功率输出；同时，若设定的定值功率因数较低，则在负荷较低的情况下，将引起无功功率倒送，不推荐使用。
4.1使用逆变器实时调节功能
根据《国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范（修订版）的通知》，380V电压等级并网的分布式电源功率因数应在0.95（超前）~0.95（滞后）范围内可调。若原有自然功率因数补偿能够达到0.9的标准，同时在用户光伏并网前的最高运行负荷情况下，当逆变器控制方式满足运行中无功实时调节，且无功输出调节范围为超前0.9~滞后0.9时，无论光伏出力能否内部消纳，均能保证该用户关口处功率因数达到考核0.9以上。原有自然功率因数补偿不能够达到0.9的标准时，若自调节能力在最大光伏负荷输出时能够满足输出范围要求，则仍优先使用逆变器自调节；若自调节能力无法满足输出范围要求，则需使用第2种补偿方式，在光伏低压并网侧加装取样互感器。
4.2用户无功补偿柜加装光伏发电无功电气分析模块
经过现场调研，并对功率因数补偿原理分析及补偿取样电流的反复计算，在用户的无功补偿柜加装光伏发电无功电气分析模块，光伏并网柜处安装取样互感器，光伏侧取样互感器和电网侧取样互感器的采样电流数据通过光伏无功电气分析模块进行采集分析，然后输出到无功补偿控制器对无功补偿进行调节（见附图）。以某公司现场为例：公司变压器容量250kVA，未安装光伏发电设备，无功功率补偿装置数据显示长期在0.95~0.96之间。安装光伏发电设备容量198kW后（低压侧未安装取样互感器）：①早上九点到九点半每十分钟，此时公司负荷基本已达到最大值200kW左右，光伏发电全部用于公司内部消耗，查看无功功率补偿装置数据：分别为0.89，0.80，0.74；②下午一点到一点半，此时中午休息时间公司负荷基本已达到最小值80kW左右，光伏发电一部份用于公司内部消耗，一部分送往国家电网，查看无功功率补偿装置数据：分别为0.97，0.96，0.97。通过数据计算分析，低压侧未安装光伏发电无功电气分析模块时无功功率补偿装置数据变化较大，低压侧经过改造安装光伏发电无功电气分析模块后，用户功率因数数据一直处于0.95~0.97之间明显，达到正常值范围95%以上。用户设备利用率提升，经济效益提高，减少了对电网的影响。
提高光伏用户功率因数装置工作逻辑图
5结论
多数用户光伏并网后功率因数下降的主要原因是逆变器无功控制方式选择不合理。在恒功率输出方式下，功率因数设定过高则系统侧出现补偿不足，正向有功增加，设定过低则会造成输出无功功率过多，系统无法消耗而增加反向无功，势必都会降低用户计量关口处功率因数。通过利用逆变器固有的调节功能，以及通过加装光伏低压并网侧加装取样互感器。，光伏并网后功率因数下降的问题能够得以解决。随着光伏发电技术的民用化及光伏产业的规模化，将会有更完善的标准、规范出台，也会有更加成熟的技术手段支撑产业发展。
论文作者:韦侃1,封东良2,杜斌1,张杰1,仲皆文1,赵龙安
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/24
标签：功率因数论文; 光伏论文; 用户论文; 功率论文; 逆变器论文; 负载论文; 分布式论文; 《基层建设》2018年第5期论文;