光伏電站對所接入配電網功率因數的影響

賈曉杰

摘 要：在380 V電壓等級接入廠區配電網的小型光伏電站運行過程中，光伏電站發電運行后，廠區并網點處功率因數持續變化，超出國網公司規定的要求。通過總結光伏電站功率因數的變化規律，分析功率因數變化的原因及光伏電站對接入配電系統功率因數的影響，提出了無功補償控制優化方案。

關鍵詞：光伏電站；配電網；功率因數；無功補償

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.103

光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽電池將太陽能直接轉化為電能。目前，光伏電站主要分為大型地面電站和分布式光伏電站兩種型式。大型地面電站是將光伏電站升壓接入輸電網，僅作為發電電站運行；分布式光伏電站是將光伏電站接入配電網，發電、用電并存，且要求盡可能就地消納，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。

光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、升壓變壓器、交流開關柜等。光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電接入輸電網或配電網。

在接入配電網的過程中發現，光伏電站輸出功率隨太陽光強度增加而增加時，配電系統從電網中吸收的有功功率減少。由于無功補償方案不合理，配電系統從電網中吸收的無功功率并未相應減少，光伏電站所接入配電網降壓主變壓器計量點功率因數逐步降低，達不到規定要求（0.85），導致計量表計量誤差較大。在分布式光伏電站就地消納時，供電線路功率因數較低，線路損耗呈減少趨勢。本文詳細分析了這一現象，并提出無功補償控制優化方案。

1 案例介紹

本文以某400 kW分布式光伏電站為例，光伏組件分布于廠區車間屋頂，通過匯流箱將組件輸出直流匯集到直流柜，再通過逆變器將直流電轉換為380 V接入廠區配電系統。廠區配電變壓器電壓等級為10 kV，容量為2 000 kVA，具體如圖1所示。

在光伏電站運行過程中發現，隨著光伏功率的增加，K1點功率因數逐步降低，在中午光伏電站出力最大時，功率因數降低至0.5左右。光伏電站脫網后，K1點功率因數恢復正常。測量光伏電站接入點K2的功率因數，發現光伏電站輸出的功率因數為0.98，正常。

2 原因分析

在廠區配電網中使用電容進行無功補償，小型光伏并網電站并沒有配置動態無功補償裝置，或者在接入配電網時光伏電站所配置的無功補償裝置是將光伏電站接入點K2的功率因數作為控制目標，具體如圖2所示。

功率因數的計算公式為：

. （1）

式（1）中：cosφ為功率因數；P為有功功率；Q為無功功率。

光伏發電單元功率因數大于0.98時可近似認為只輸出有功功率。隨著光伏功率的增加，廠區配電變壓器從電網中吸收的有功功率逐步減少，而從電網中吸收的無功功率并沒有減少，光伏電站無功補償裝置是以光伏發電單元并網點的功率因數為控制目標，沒有隨光伏電站有功功率的增加而增加無功功率輸出，因此，K1點功率因數出現隨光伏功率的增加而減小的現象。K1點功率因數隨光伏電站容量占用配電網容量比例的增加而減小。當光伏電站有功功率大于廠區用電功率時，K1點功率因數還會出現正負變化的情況。

3 解決方案

對于功率因數變化的情況，相關人員可在小型光伏并網電站中配置動態無功補償裝置，且無功補償裝置不應將K2點的功率因數作為控制目標，而應將配電變壓器處即K1點的功率因數作為控制目標。當有功功率變化時，調節無功功率可避免功率因數變化的情況，如圖3所示。

目前，由于逆變器本身輸出的功率因數在-0.98～+0.98之間可調，因此可增加功率因數控制裝置，根據配電網K1點的功率因數控制逆變器有功、無功輸出。這樣，不用增加或減少動態無功補償裝置的容量，便能夠保證功率因數在正常范圍內，節省了動態無功補償裝置的投資成本。

4 結束語

優化光伏電站無功補償方案，可避免配電網主變壓器處功率因數大幅變化的現象，消除因功率因數降低而引起關口計量誤差的增大，同時減少輸電線路的損耗，提高逆變器、無功補償裝置的利用率。

〔編輯：劉曉芳〕

Effect of Photovoltaic Power Station on the Power Factor of the Grid Connected to the Power Grid

Jia Xiaojie

Abstract： In the 380 V voltage level of the power plant in the power station operation of small photovoltaic power station， the power plant and the power factor in the network， the requirements of the regulations of the company. Through summarizing the change of power factor， this paper analyzes the causes of power factor and the influence of PV power station on the power factor of the power system.

Key words： photovoltaic power plant； distribution network； power factor； reactive power compensation