光伏电站对所接入配电网功率因数的影响

贾晓杰

摘 要：在380 V电压等级接入厂区配电网的小型光伏电站运行过程中，光伏电站发电运行后，厂区并网点处功率因数持续变化，超出国网公司规定的要求。通过总结光伏电站功率因数的变化规律，分析功率因数变化的原因及光伏电站对接入配电系统功率因数的影响，提出了无功补偿控制优化方案。

关键词：光伏电站；配电网；功率因数；无功补偿

中图分类号：TM715 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.103

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳能直接转化为电能。目前，光伏电站主要分为大型地面电站和分布式光伏电站两种型式。大型地面电站是将光伏电站升压接入输电网，仅作为发电电站运行；分布式光伏电站是将光伏电站接入配电网，发电、用电并存，且要求尽可能就地消纳，多余或不足的电力通过联接电网来调节。

光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、升压变压器、交流开关柜等。光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电接入输电网或配电网。

在接入配电网的过程中发现，光伏电站输出功率随太阳光强度增加而增加时，配电系统从电网中吸收的有功功率减少。由于无功补偿方案不合理，配电系统从电网中吸收的无功功率并未相应减少，光伏电站所接入配电网降压主变压器计量点功率因数逐步降低，达不到规定要求（0.85），导致计量表计量误差较大。在分布式光伏电站就地消纳时，供电线路功率因数较低，线路损耗呈减少趋势。本文详细分析了这一现象，并提出无功补偿控制优化方案。

1 案例介绍

本文以某400 kW分布式光伏电站为例，光伏组件分布于厂区车间屋顶，通过汇流箱将组件输出直流汇集到直流柜，再通过逆变器将直流电转换为380 V接入厂区配电系统。厂区配电变压器电压等级为10 kV，容量为2 000 kVA，具体如图1所示。

在光伏电站运行过程中发现，随着光伏功率的增加，K1点功率因数逐步降低，在中午光伏电站出力最大时，功率因数降低至0.5左右。光伏电站脱网后，K1点功率因数恢复正常。测量光伏电站接入点K2的功率因数，发现光伏电站输出的功率因数为0.98，正常。

2 原因分析

在厂区配电网中使用电容进行无功补偿，小型光伏并网电站并没有配置动态无功补偿装置，或者在接入配电网时光伏电站所配置的无功补偿装置是将光伏电站接入点K2的功率因数作为控制目标，具体如图2所示。

功率因数的计算公式为：

. （1）

式（1）中：cosφ为功率因数；P为有功功率；Q为无功功率。

光伏发电单元功率因数大于0.98时可近似认为只输出有功功率。随着光伏功率的增加，厂区配电变压器从电网中吸收的有功功率逐步减少，而从电网中吸收的无功功率并没有减少，光伏电站无功补偿装置是以光伏发电单元并网点的功率因数为控制目标，没有随光伏电站有功功率的增加而增加无功功率输出，因此，K1点功率因数出现随光伏功率的增加而减小的现象。K1点功率因数随光伏电站容量占用配电网容量比例的增加而减小。当光伏电站有功功率大于厂区用电功率时，K1点功率因数还会出现正负变化的情况。

3 解决方案

对于功率因数变化的情况，相关人员可在小型光伏并网电站中配置动态无功补偿装置，且无功补偿装置不应将K2点的功率因数作为控制目标，而应将配电变压器处即K1点的功率因数作为控制目标。当有功功率变化时，调节无功功率可避免功率因数变化的情况，如图3所示。

目前，由于逆变器本身输出的功率因数在-0.98～+0.98之间可调，因此可增加功率因数控制装置，根据配电网K1点的功率因数控制逆变器有功、无功输出。这样，不用增加或减少动态无功补偿装置的容量，便能够保证功率因数在正常范围内，节省了动态无功补偿装置的投资成本。

4 结束语

优化光伏电站无功补偿方案，可避免配电网主变压器处功率因数大幅变化的现象，消除因功率因数降低而引起关口计量误差的增大，同时减少输电线路的损耗，提高逆变器、无功补偿装置的利用率。

〔编辑：刘晓芳〕

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