功率因數調整電費辦法(功率因數調整電費辦法 (1983)水電財字第215號文)

分布式光伏電站接入導致廠區關口功率因數降低案例

1.某廠區分布式光伏電站投運后，400V低配室多處無功補償裝置都不能自動準確投運, 甚至有些無功補償裝置停運，造成廠區關口功率因數降低。

2.齒輪約克1#變電站多個電容燒毀，現場無功需求高的時候，無功補償容量不足，造成廠區關口功率因數降低。

3.光伏電站發電高峰，有時甚至造成倒送電的情況，造成廠區關口功率因數降低。

4.現場查看400V低配室電容器型號BSMJK0.4-36-3,額定輸出36kVar，共12組。

圖1：光伏電站發電量接近用戶用電量，無功補償裝置不能自動投入造成功率因數很低

圖2：現場電容器損壞，現場無功需求高的時候，無功補償容量不足，造成功率因數很低

圖3：現場無功補償裝置容量能夠滿足無功消耗時，無功補償功率因數恢復正常

圖4：光伏電站發電高峰，造成倒送電，功率因數呈現為負數

二、案例分析：

1.《功率因數調整電費辦法》中規定:凡裝有無功補償設備且有可能向電網倒送無功電量的用戶，應隨其負荷和電壓變動及時投入或切除部分無功補償設備，電業部門并應在計費計量點加裝帶有防倒裝置的反向無功電度表，按倒送的無功電量與實用的無功電量兩者的絕對值之和，用電客戶平均功率因數的計算公式為：

P:計量關口正向功率總示數；

Q入計量關口輸入無功總示數（包含感性無功與容性無功）；

Q出:計量關口輸出無功總示數（包含感性無功與容性無功）

根據《DLT 645-1997 多功能電能表通信規約》中關于無功電能四象限測量的定義(見圖5)，正向無功電能的計量方式應設定為Ⅰ、Ⅱ象限之和，反向無功電能為Ⅲ、Ⅳ象限之和。

光伏發電功率因數基本為1，用戶所用無功全部取自電網，有功取自電網和光伏電站，如果電容器不能正常投運，會造成功率因數很低，對于光伏電站對電網倒送電情況，如圖4，監控后臺顯示功率因數為負數，按照《功率因數調整電費辦法》，電費結算時功率因數記為0。

圖5:電能量四象限測量示意圖

2.根據變電站值班人員反映及現場數據查看，在光伏發電量接近甚至超過用戶電能消耗量時，功率因數普遍較低，有時呈現負數（實際功率因數計為0）。

1）圖1鑄造2#車間光伏發電量基本等于車間負荷電能消耗量，廠區用電大部分電能取自光伏電站，只需從電網吸收少量電能（17.76kW），光伏發電功率因數接近1，所有的無功均從電網獲取(17.76kVar)，單個電容器容量為36kVar，達不到投運要求，造成鑄造2#車間功率因數很低，直接造成廠區關口功率因數降低。

2）并聯電容器組對諧波有放大作用，易發生串聯諧振或并聯諧振，使得系統電壓及電流的畸變更加嚴重；由于諧波電流疊加在電容器基波電流上，使電容器的電流有效值增大，造成溫度升高，減少使用壽命，甚至永久損壞。山東山大華天科技集團股份有限公司對青特電能質量現場測試，齒輪約克1#變電站存在大量2次、5次諧波，造成現場部分電容器損壞，造成圖2，圖3的情況：現場負荷無功功率小時，功率因數很高，現場負荷需求無功功率很大的時候，無功補償電容器全部投入功率因數也會很低的情況。

3）現場還有很多配電室電容器并沒有損壞，但是無功補償裝置依然不能準確投入，最終導致類似圖2、圖3的情況，主要原因如下：因諧波污染對電容器危害很大，無功補償裝置多裝設有諧波超值保護，當取樣點處諧波含有率超標時，切除電容器，從而保護電容器不會由于諧波過載而損壞，當系統的諧波電流減少時，可以自動重新投入電容器。本電站無功補償控制器諧波電壓采樣點為母線處，諧波電流采樣點為電網低壓電源側。現場光伏電站輸出的電能質量較好，可近似看成僅輸出基波電流。流經變壓器的基波電流(即電網輸出的基波電流)加上逆變器輸出的基波電流（即光伏電站輸出的基波電流）等于流經廠用電負荷的基波電流。在光伏發電高峰期，由于光伏電站提供了大部分基波電流，流經變壓器(即電網送來的基波電流)的基波電流占一小部分，而系統中的諧波電流沒有變化，這樣流經變壓器的諧波電流(即電網送來的諧波電流)沒有變化。基波電流減小，而諧波電流不變，在無功補償諧波電流采樣點（即電網低壓電源側）檢測到的電流諧波含量就變大了，無功補償裝置諧波超值保護啟動，電容器切除，造成系統功率因數很低。在光伏發電低谷的時候，基波及諧波全部來自電網，采樣點諧波含量正常，無功補償可以正確投入。

三、問題處理措施

1.光伏電站發電最高峰發電量小于用戶用電量（即不會出現反送電情況）時，根據現場情況，在400V低配室內增加一組適當容量的小容量電容器，以保證在光伏電站發電量接近用戶用電量（此時從電網獲取很少電量）而導致電容器不能準確投切時，新增的小容量電容器可以正常準確投切，保證此時段功率因數能在較高水平。

2.光伏電站發電高峰大于等于用戶用電量（即會出現反送電情況）時，400V低配室保留原無功補償柜，更換其中控制器，并加裝適當容量的低壓靜止無功發生裝置。在原有電容器調節的基礎上，利用SVG光滑連續輸出無功，實現小容量的細調，保證任何時段功率因數都能在較高的水平。在第1、2條的基礎上，對諧波比較高的齒輪約克1#變電站增加一套有源濾波裝置。

四、案例總結：

做分布式電站接入設計時，對于無功補償裝置的配置需注意以下兩點：

1.統計用戶負荷及本電站接入光伏電站的最高發電量，光伏電站發電最高峰發電量小于用戶用電量（即不會出現反送電情況）時，根據現場情況，保留原無功補償柜，在并網側配電室增加多組小容量電容器，并更換符合要求的控制器（諧波電流采樣需采集電容器支路電流），以保證在光伏電站發電量接近用戶用電量（此時從電網獲取很少電量），導致電容器不能準確投切時，新增的小容量電容器可以正常準確投切，保證此時段功率因數能在較高水平。如經濟條件允許，建議加裝2倍現場單組電容器額定容量的低壓靜止無功發生裝置。

2.光伏電站發電高峰發電量大于等于用戶用電量（即會出現反送電情況）時，并網側配電室保留原無功補償柜，更換其中控制器（諧波電流采樣需采集電容器支路電流），并加裝2倍現場單組電容器額定容量的低壓靜止無功發生裝置。在原有電容器調節的基礎上，利用SVG光滑連續輸出無功，實現小容量的細調，保證任何時段功率因數都能在較高的水平。