分布式光伏接人电网后对用户功率因数的影响分析

引言

近年来,随着分布式光伏发电的快速发展,中小型分布式光伏发电在用电量较大、电价较高的工商企业中急速发展。该类型分布式光伏项目一般采用自发自用、余电上网模式,以低压AC380V接入企业内部电网,光伏所发的电量大部分被企业内部消耗,取得了较好的经济效益和社会效益,但分布式光伏接入企业配电网后引起功率因数异常的问题也日益显现。

1功率因数异常问题分析

1.1无功补偿设备反复投切

某家用电器设备生产厂家在厂房屋顶安装了2.2Mw分布式光伏发电站,分两个并网点分别接入厂区配电网1#变1000kVA和2#变1600kVA变压器低压侧AC380V母线,低压AC380V母线上已分别配置了无功补偿装置,如图1所示。在光伏发电系统接入用户配电网运行一段时间后,反馈当光伏发电功率处于厂内负荷功率临界点时,无功补偿装置测量的功率因数不稳定,导致厂区电容器反复投切。

经检查,在出现无功补偿装置测量的功率因数不稳定以及电容器反复投切问题时,企业无功补偿设备工作正常。将光伏电站断开后,工厂配电系统的功率因数显示正常。

经分析,在光伏电站接入前,无功补偿装置通过监测采样点P11/P21处的有功功率P1和无功功率Q1,此时无功补偿控制器检测的功率因数为:coso=P1/√P＋Q光伏电站投运后,企业用电负荷(P,Q)由光伏电站(P2,Q2)和市电(P1,Q1)共同提供,此时无功补偿装置的控制器检测值仍然是市电监测点的功率因数是否满足电网考核要求。当用电负荷P接近光伏电站所发出电功率P2时,此时由电网提供的负载负荷功率很少,甚至为零,由于逆变器出厂设定的功率因数一般较高,接近1,所以逆变器提供的无功功率很少,Q2基本为零,此时,为满足电网考核合格功率因数要求,电容器组投入,由电容器提供部分无功功率来取代市电,此时电网提供的无功功率Q1减少,达到低于无功补偿装置的动作下限值时,无功补偿装置不会增加补偿电容器组的数量并且出现电容器组频繁投切的情况,导致监测点P11/P21处的功率因数不稳定甚至急剧下降。

此时,需要在无功补偿控制器采集信息中考虑加入光伏电站因数,在光伏并网柜中增加一套与原无功采样设备规格型号一致的采样C+,两套电流互感器同向并接入无功补偿装置控制器,如图2所示。经按照该方案改造后,企业无功补偿装置恢复正常动作,未再出现无功补偿电容器组反复投切以及功率因数低于电网公司考核要求的情况。

1.2无功补偿设备退出

当光伏发电系统接入采样C+以下时,还可能会出现以下两种情况导致无功补偿设备退出运行的问题出现。

(1)由于工厂的负荷工作时间通常不是固定的,随着负荷的变化,当光伏系统的发电功率大于工厂运行负荷的功率时,会出现电量往变压器高压侧反送,此时会出现电容器组全部退出的情况,分析其原因是因为无功补偿控制器监测到逆向功率时不能准确判断,导致电容器组退出运行,引起并网点功率因数下降。该情况的解决方法为选择能够兼容逆向功率的无功补偿设备或者将接入点移至采样C+以上。

(2)负载基波电流大小可视为固定值,由于逆变器一般以单位功率因数输出,可以认为逆变器只提供了部分基波电流而没有提供谐波分量,使得市电提供的基波电流相应减小,而负载总谐波电流变化不大,导致市电侧的电流谐波含量增大,超过了电容补偿控制器保护定值时,电容器组退出运行。

该情况的处理方法有两种,一种是提高补偿控制器的谐波保护限值,谐波报警解除,补偿电容器组重新投入,但是该方法同时削弱了谐波保护功能,可能导致sVC的电容器损坏,不利于电容器长期运行。另外一种方法是将光伏电站接入点移至采样CT以上。

2功率因数问题提前分析

分布式光伏接入电网以后出现的无功补偿问题,大多和装机容量与变压器容量的占比、接入点位置、用户负载和已有无功补偿设备运行情况等因素有关,而这些要素在方案设计初期就可以加以考察分析,规避一些后期可能出现的功率因数异常问题。

一般来说建议光伏电站装机容量最好不要超过接入厂区专变容量的80%,因为变压器容量的80%刚好接近厂区最大负荷。另外对于并网点的选择,如果光伏电站容量与接入变压器容量占比较大,达到80%以上,可以将接入点移至无功补偿控制器采样CT前,可以规避光伏电站接入后引起电容器组频繁投切的情况。

另外,对于系统本身可能存在或者接近谐波告警状态和不能兼容逆功率的补偿控制系统,则需要在设计时将接入点设在采样CT以上。

尽管将接入点设在采样CT以上可以解决很多无功补偿异常问题,但由于电网考核点一般设在计量点处,所以该解决方法并不能从本质上解决光伏电站接入配电网后引起的功率因数低而导致电网罚款的问题。

3电网功率因数考核采样点分析

按照现行的《功率因数调整电费办法》规定""凡实行功率因数调整电费的用户,按用户每月实用有功电量和无功电量,计算月平均功率因数。"采用自发自用、余电上网系统的光伏用电客户,用户每月实用有功电量和无功电量来自于电网和分布式光伏两个部分,但是目前电网考核点还是只考虑了电网部分,因此笔者认为,光伏部分分量也应该考虑进来,两者叠加后才是用户实际所用的有功电量和无功电量。希望光伏电站力率调整电费按实际情况做出合理调整。

4结语

分布式光伏电站接入用户配电网后引起功率因数异常的原因很多,需考虑技术、经济等多方面因素进行综合分析,尝试找到最优的无功补偿解决方案。本文通过对实际项目中遇到的一些功率因数异常问题的分析,提出了规避一些常见无功补偿问题的建议,希望能对分布式光伏电站接入配电网的实际应用提供一些帮助,并对后续无功补偿问题的研究提供一些参考。