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光伏电站功率因数不达标,高额罚款让业主心疼!

402024-05-29

很大一部分工商业光伏电站并网之后导致厂区用电功率因数下降,下面向大家介绍一下光伏电站为什么会导致厂区用电功率因数下降,以及当功率因数降低时该如何处理。

有功功率、无功功率、视在功率、功率因数的介绍

有功功率(P):它代表单位时间内实际发出或消耗的交流电能量,是将电能转换为其他形式能量(如机械能、光能、热能)的部分。在电路中有功功率是实际做功的部分,体现了电能的直接消耗。单位为瓦(W)或千瓦(kW),是电压有效值、电流有效值和功率因数的乘积。

无功功率(Q):它涉及到电场或磁场在交流电路中的能量交换。虽然无功功率并不直接消耗电能,但它对于维持电路的稳定运行、保证电压稳定以及减少线路损耗等方面至关重要。单位为乏(Var)或千乏(kVar),是电压有效值、电流有效值和电压与电流间相位角的正弦三者之积。

视在功率(S):它表示交流电器设备的容量,不直接涉及能量的转换或消耗。单位为伏安(VA)或千伏安(kVA),是电压有效值和电流有效值的乘积。

功率因数(PF):它是衡量电气设备效率高低的一个系数,可以用来描述交流电路中电压与电流之间的相位差(相位角)的余弦值。是有功功率和视在功率的比值,即cosφ,其中φ为无功功率的相位角。

有功功率、无功功率、视在功率、功率因数四者的关系如下图所示:

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图1 示意图

国家规范要求:功率因数标准0.90,适用于160千伏安以上的高压供电工业用户(包括社队工业用户),装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压供电电力排灌站;功率因数标准0.85,适用于100千伏安(千瓦)及以上的其他工业用户(包括社队工业用户)、100千伏安(千瓦)及以上的非工业用户和100千伏安(千瓦)及以上的电力排灌站;功率因数标准0.80,适用于100千伏安(千瓦)及以上农业用户和趸售用户,但大工业用户未划由电业直接管理的趸售用户,功率因数标准应为0.85。

当用户的功率因数达不到相应的标准,电业部门就要对其加收力调电费进行考核。

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光伏电站为什么会导致厂用电功率因数偏低

假设一工厂消耗有功功率为1000kW,无功功率为700kvar,配有360kvar的无功补偿;那么在计量点参与考核的有功功率为1000kW,无功功率为340kvar,此时计量点的功率因数为

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此时功率因数合格。

当工厂建设一个1000kWp的光伏电站,采用“自发自用,余电上网”模式时;光伏电站在某一时刻输出功率为600kW,由于光伏电站逆变器设备的设置原因功率因数趋近于1,因此光伏电站发出来的功均为有功功率;那么在计量点参与考核的有功功率为400kW,无功功率为340kvar,此时计量点的功率因数为

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此时功率因数不合格。

根据

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可知,由于光伏电站只发有功功率的原因导致计量点有功功率P降低,无功功率需求维持不变。从而导致功率因数下降;因此为了保证厂区用电功率因数的稳定,厂区应配置无功补偿装置进行无功调节。


厂区已配置无功补偿装置,为什么厂用电功率因数仍偏低

已配置无功补偿装置的工商业光伏电站的接线方式一般如图4、图5所示,针对于不同接线方式,具体情况分析如下:

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图4 无功补偿采集点包含光伏电站示意图

当电站接线方式如图4所示时:

1)假设工厂消耗有功功率1000kW,无功功率800kvar,光伏电站发出有工功率600kW;若此时电站无功补偿装置未工作,则计量点的功率因数为

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功率因数不合格。

2)假设工厂消耗有功功率1000kW,无功功率800kvar,光伏电站发出有工功率600kW;若此时电站无功补偿装置提供了最大无功功率500kvar,则计量点的功率因数为

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功率因数不合格。

3)假设工厂消耗有功功率1000kW,无功功率800kvar,光伏电站发出有工功率600kW;此时电站无功补偿装置提供610kvar的无功功率,则计量点的功率因数为

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功率因数合格。

因此对于已配置无功补偿装置的光伏电站,无功补偿装置未启用,无功补偿容量不足求,都可以导致计量点功率因数的不合格。

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图5 无功补偿采集点不包含光伏电站示意图

当电站接线方式如图5所示时:

1)假设工厂消耗有功功率1000kW,无功功率800kvar,光伏电站发出有工功率600kW;无功补偿装置提供471kvar的无功功率,此时无功补偿采集点处的功率因数为

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功率因数合格。当计量点的功率因数为

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功率因数不合格。

因此对于已配置无功补偿装置的光伏电站,无功补偿装置信号采集点的位置错误,会导致计量点功率因数的不合格。


如何解决厂区由于功率因数偏低的,考核电费问题?
4.1 功率因数考核的方法

如何解决功率因数考核的问题,首先我们要了解我国功率因数考核的方法。根据功率因数调整电费管理办法(83)水电财字215号文:

2.2.1凡实行功率因数调整电费的用户,应装设带有防倒装置的无功电度表,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

2.2.2凡装有无功补偿设备且有可能向电网倒送无功电量的用户,应随其负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补偿设备,电业部门并应在计费计量点加装带有防倒装置的反向无功电度表,按倒送的无功电量与实用的无功电量两者的绝对值之和,计算月平均功率因数

从上述文件可知,电网考核的仅是平均功率因数,也就意味着在某一时刻功率因数偏低是不被考核的。功率因数考核的计算公式为:

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4.2 功率因数偏低的解决方案

根据

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可知,当光伏电站并网发电时会导致计量点有功功率P降低,为了保持cosφ稳定,需要适当的降低从电网中吸收的无功功率Q;因此我们需要额外的提供合适的无功功率Q补偿去降低从电网中所吸收的无功功率Q(Q=Q需量-Q补偿)。因此增加线路中的无功补偿是维持功率因数稳定的有效方法,在实际运用中主要有以下几种方案:

① 配置合适的无功补偿装置

常用的无功补偿装置有多种类型,包括并联电容器、静止补偿器(SVC)和动态无功补偿装置(DSTATCOM)等,每种装置都有其特定的适用范围和优缺点,因此应根据实际情况选择合适的装置。

并联电容器:通过在高、低压配电所内设置若干组电容器组,直接补偿该配电所供电范围内的无功功率。电容器可以接在配电母线上,也可以直接接在异步电动机旁或进线端子上,实现就地补偿。这种补偿方法能够消除无功电流在高、低压线路上的流动,减少线路负荷和损耗。

静止补偿器:利用电容器和各种类型的电抗器进行无功静止补偿,可以向电网提供可变动的容性和感性无功功率。SVC具有响应速度快、调节范围宽等优点,适用于对无功功率需求波动较大的场合。

动态无功补偿装置:根据负荷的特点来确定其容量,能够实现快速、连续的无功功率调节。它适用于对无功功率需求变化较快或要求较高的场合。

根据实际需求和设备的特性,计算出无功补偿装置的容量;为了最大限度地提高无功补偿装置的效果,无功补偿装置的信号采集点尽可能的靠近计量点附近,其安装在负载附近,减少输电线路的损耗和电压波动。

② 逆变器无功功率控制

逆变器作为光伏电站的核心发电设备,其本身也有一定的无功功率控制能力,根据GB/T 37408-2019《光伏发电并网逆变器技术要求》,逆变器稳态无功功率输出范围应满足以下要求,A类逆变器应在所示实线矩形框内动态可调,B类逆变器应在所示阴影框内动态可调。具备电网无功支撑能力的A类逆变器无功功率输出范围宜在虚线矩形框内动态可调。

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图6 逆变器无功出力范围

因此我们可以通过调节逆变器的功率因数让逆变器输出无功功率,来控制计量点功率因数的稳定;当使用逆变器无功功率控制能力来维持计量点功率因数稳定时,需要对线路进行改造:在计量点处添加电压、电流采集装置,连接到控制器,通过控制器计算线路中的无功需量及功率因数,控制器通过通讯协议遥控指挥使逆变器能够进行无功输出,再通过遥调指令让逆变器进行功率因数调整,输出无功功率,维持计量点功率因数的稳定。

当逆变器采用无功功率控制能力来维持计量点功率因数稳定时,其输出功率关系如图7所示:
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图7 逆变器输出功率三角形示意图

从图7可以看出逆变器功率因数由cosφ1→cosφ2变化过程中有功功率P,由BE→CD,变化过程有功功率P损失量为EF;无功功率Q,由AB→AC,变化过程中无功功率Q增加量为BC。因此采用逆变器无功功率控制能力来维持计量点功率因数稳定是以牺牲光伏有功功率为代价的,会导致光伏电站发电量降低。因此在选择此方法来维持功率因数稳定时,应综合考虑功率因数不合格所带来的力调电费考核与损失光伏发电量收益之间的平衡。

③ 采用具备夜间SVG功能的逆变器

市场上目前已经存在具备SVG功能的逆变器,它结合了逆变器的电能转换功能和SVG的无功功率补偿及电压调节能力。

对于工商业分布式光伏电站来说,根据功率因数的考核办法,我们可以采用具备SVG功能的逆变器,逆变器白天输出有功功率,夜间输出无功功率。

在此条件下:

A(总有功电量)=B(白天有功电量)+C(晚上有功电量)

D(总无功电量)=E(白天供电无功电量)+[ F(夜间无功电量需量)—G(夜间逆变器无功电量)]

此时计量点功率因数,

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因此采用具有SVG功能的逆变器,在夜间消耗电网电量,释放无功功率,可以提高计量点的功率因数。


以上是向大家介绍的工商业光伏电站导致厂用电功率因数偏低的原因及常见解决方案,仅供大家参考学习,欢迎与我们积极交流。