近幾年，我國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目發(fā)展迅速，根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)2014年光伏并網(wǎng)發(fā)電總裝機(jī)量10.5GW，其中分布式2.05GW，2015年上半年總裝機(jī)量7.73GW，分布式1.04GW。隨著裝機(jī)容量的快速增長(zhǎng)，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(xiàng)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(shè)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(chǎng)接入后功率因數(shù)下降問題和相應(yīng)解決方法做一簡(jiǎn)單總結(jié)，也簡(jiǎn)單談一下對(duì)分布式光伏電站設(shè)計(jì)的一些理解和建議。

首先說明一下功率因數(shù)相關(guān)公式：

η=P/S，其中P為有功功率，S為視在功率，

S2=P2+Q2，Q為無(wú)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(wú)功功率Q相關(guān)，當(dāng)Q為零時(shí)，功率因數(shù)為1，當(dāng)Q小于零時(shí)，系統(tǒng)吸收無(wú)功，η為負(fù)值，當(dāng)Q大于零時(shí)，系統(tǒng)輸出無(wú)功，η為正值。

下面以幾個(gè)例子分析一下光伏設(shè)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(shè)備總?cè)萘?00kW，并網(wǎng)點(diǎn)在總400V配電柜，工廠原來(lái)安裝有400V三相共補(bǔ)型SVC，電流電壓采樣點(diǎn)均在10kV變400V變壓器下口。在光伏設(shè)備投運(yùn)前，系統(tǒng)功率因數(shù)穩(wěn)定在0.9~0.95之間，光伏設(shè)備投運(yùn)后，功率因數(shù)在0.7~0.9之間跳變。

圖1

分析：該分布式項(xiàng)目電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且光伏并網(wǎng)點(diǎn)接近總變壓器，只有一臺(tái)SVC設(shè)備，問題排除可逐步確認(rèn)，首先通過工廠并網(wǎng)點(diǎn)電表確認(rèn)光伏設(shè)備接入前系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率，P為700kW，Q為300kVA，光伏設(shè)備接入后，P為350kW~500kW，Q為310kVA。根據(jù)數(shù)據(jù)可見，光伏設(shè)備接入后系統(tǒng)無(wú)功基本無(wú)變化，因?yàn)楣夥孀兤鞔蠖嘁詥挝还β室驍?shù)運(yùn)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(shè)備提供，從電網(wǎng)吸收有功功率減少，因此根據(jù)公式η=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(shè)備未接入前，系統(tǒng)無(wú)功Q為300kVA，其值偏大，一般SVC設(shè)備設(shè)定補(bǔ)償起始功率因數(shù)為0.95左右，而現(xiàn)場(chǎng)功率因數(shù)低于該值，懷疑現(xiàn)場(chǎng)SVC設(shè)備運(yùn)行不正常，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，SVC設(shè)備所有電容全部投入，懷疑SVC設(shè)備容量不足，因SVC設(shè)備為工廠方面原有設(shè)備，而且使用時(shí)間較長(zhǎng)，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(chǎng)將光伏逆變器輸出更改為無(wú)功給定模式，調(diào)整逆變器使總無(wú)功輸出為200kVA，再次投入使用后，觀察并網(wǎng)點(diǎn)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(tái)1000kVA容量變壓器供電，光伏設(shè)備總?cè)萘?00kW，同樣配有SVC設(shè)備，光伏設(shè)備接入前系統(tǒng)功率因數(shù)0.95~0.97之間，光伏設(shè)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(diǎn)電表觀察光伏設(shè)備接入前后有功無(wú)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(shè)備接入后系統(tǒng)總無(wú)功上升較多，檢查SVC設(shè)備后發(fā)現(xiàn)，電容組投切不正常，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，全部電容同時(shí)切出狀況，查詢無(wú)功補(bǔ)償控制器手冊(cè)，報(bào)警原因?yàn)橄到y(tǒng)電流諧波超標(biāo)，為保護(hù)電容器，因此將其切出。通過在網(wǎng)上查找相關(guān)資料，具體的原因是因?yàn)樵诠夥O(shè)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(rèn)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(wú)功補(bǔ)償?shù)娜狱c(diǎn)，即變壓器低壓側(cè)，電流諧波相對(duì)含量就變大了，也就是無(wú)功補(bǔ)償控制器計(jì)算出的THD值變大了，當(dāng)這個(gè)值超過報(bào)警值時(shí)，SVC設(shè)備就無(wú)法正常進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償了。現(xiàn)場(chǎng)處理方法為修改無(wú)功補(bǔ)償控制器THD保護(hù)值，保證在THD相對(duì)較大情況下也可以正常運(yùn)行，但這種方案存在一定風(fēng)險(xiǎn)，有可能導(dǎo)致SVC的電容組損壞。如果想要從根本上解決，最好的方法是將SVC更換為APF設(shè)備，在補(bǔ)償無(wú)功的同時(shí)也可以補(bǔ)償諧波，就不會(huì)出現(xiàn)諧波超標(biāo)問題。通過這個(gè)項(xiàng)目我們可以看出，雖然光伏接入容量滿足了小于其上級(jí)變壓器容量25%的限制，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)仍可能出現(xiàn)問題，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)充分考慮用戶實(shí)際用電功率，光伏設(shè)備總功率可以配置為實(shí)際用電功率的一半，這樣對(duì)電網(wǎng)的影響一般較小，各配電設(shè)備基本都可不受影響正常運(yùn)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(gè)車間，每個(gè)車間400kVA，均配有SVC設(shè)備，光伏設(shè)備總量400kW，接入點(diǎn)為焊接車間400V配電柜下口，該車間SVC設(shè)備采樣點(diǎn)也為該配電柜。光伏設(shè)備接入前，10kV并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)0.95左右，光伏設(shè)備接入后，功率因數(shù)下降到0.8左右。

圖2

分析：首先可以很明顯的看出該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不合理，光伏設(shè)備并網(wǎng)點(diǎn)選在一個(gè)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(duì)補(bǔ)償設(shè)備和采集設(shè)備都有較大影響。因?yàn)楣夥尤朐诤附榆囬g支路母線，因此從焊接車間接入上級(jí)母線接入點(diǎn)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(shè)備接入后，P為-50~-100kW，Q為-250kVA。在光伏設(shè)備接入后，焊接車間SVC設(shè)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(cè)到的有功功率和無(wú)功功率不正確，導(dǎo)致其工作異常。

將光伏設(shè)備從系統(tǒng)斷開，將SVC電容手動(dòng)全部切出，觀察電表顯示P為190~260kW，Q為250kVA，逐臺(tái)并入光伏設(shè)備，觀察到電表有功功率P逐漸減小，Q基本不變，當(dāng)P減小到負(fù)值后，Q由250kVA變?yōu)?250kVA，至此問題原因找到，是因?yàn)闊o(wú)功補(bǔ)償控制器不兼容逆向功率，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤，從而錯(cuò)誤的控制電容器切出，最終導(dǎo)致總并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)下降。具體解決方法為更換新型號(hào)無(wú)功補(bǔ)償控制器，禁用控制器的自動(dòng)檢測(cè)接線功能，重新接入光伏設(shè)備，觀察焊接車間電表顯示P為-50~-100kW，Q為30kVA，總并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)恢復(fù)正常。

4總結(jié)

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

項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)的最大負(fù)荷的25％。這里不超過最大負(fù)荷的25%對(duì)所有支路都要分別考慮，特別是每個(gè)支路都有獨(dú)立無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的時(shí)候，比較好的設(shè)計(jì)是把光伏設(shè)備分散在不同支路并網(wǎng)，這樣對(duì)單個(gè)支路的影響可以減到最小。

其次設(shè)計(jì)中需要考慮的是總體母線或者支路中的負(fù)載情況，對(duì)于負(fù)載變化頻繁而且功率波動(dòng)較大的支路不宜選為光伏接入點(diǎn)，光伏設(shè)備的加入可能加大該支路功率的波動(dòng)，造成支路電壓和頻率變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致逆變器脫網(wǎng)，負(fù)載損壞等，同時(shí)線路電壓、電流諧波也有可能受到影響，導(dǎo)致對(duì)諧波敏感設(shè)備不能正常工作。

設(shè)計(jì)中最好提前了解用戶配電網(wǎng)中已有的無(wú)功補(bǔ)償或者APF等設(shè)備，對(duì)光伏設(shè)備接入相應(yīng)支路可能造成的影響提前做好預(yù)案，一旦出現(xiàn)情況可以有方案進(jìn)行補(bǔ)救。最好能夠提前了解相關(guān)設(shè)備的功能和參數(shù)，有條件的可以提前測(cè)試性能和保護(hù)值。

以上幾點(diǎn)就是對(duì)分布式電站設(shè)計(jì)中功率因數(shù)相關(guān)問題的一些小建議，希望能給大家在電站設(shè)計(jì)中做個(gè)參考，其中例子只是對(duì)特定項(xiàng)目的一些總結(jié)，難免有所疏漏，其他現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(shè)計(jì)中有什么好的想法歡迎來(lái)電交流。