自发自用光伏发电项目功率因数问题浅析
光伏额定功率因数
光伏额定功率因数光伏额定功率因数是指光伏发电系统在额定功率下的功率因数。
功率因数是指电力系统中电压和电流的相位关系，它反映了电能的有效利用程度。
功率因数的数值范围在-1到1之间，当功率因数为1时，表示电压和电流完全同相，即纯有功功率；当功率因数为0时，表示没有有功功率，只有无功功率；当功率因数为-1时，表示电压和电流完全反相，即纯无功功率。
对于光伏发电系统来说，功率因数的合理选择对于发电系统的性能和运行稳定性至关重要。
通常情况下，光伏发电系统的功率因数应接近1，这样可以提高系统的有功功率输出，降低无功功率损耗。
而当功率因数较低时，无功功率的占比会增加，不仅会造成电能的浪费，还可能对电网造成负荷不平衡和电压波动等问题。
在实际应用中，光伏发电系统的功率因数与逆变器的控制策略密切相关。
逆变器是将光伏电池板产生的直流电转换为交流电的装置，它通过控制输出的电流和电压来控制功率因数。
常见的逆变器控制策略有固定功率因数控制、电流控制和电压控制等。
固定功率因数控制是指逆变器输出的功率因数被设定为一个固定的值，通常为0.95或0.99，这样可以使得光伏发电系统的功率因数始终保持在较高的水平。
电流控制和电压控制则是通过控制逆变器输出的电流和电压来实现功率因数的控制，适用于功率因数需要动态调整的情况。
光伏发电系统的功率因数还受到电网的影响。
在并网发电的情况下，光伏发电系统需要与电网保持同步运行，因此功率因数需要与电网的功率因数保持一致。
根据电力系统的规定，光伏发电系统的功率因数通常需要在一定范围内调整，以满足电网的要求。
为了保证光伏发电系统的功率因数处于合理的范围内，运营和维护人员需要对光伏发电系统进行定期的检查和维护。
在运行过程中，可以通过监测光伏发电系统的功率因数来判断系统的运行状况，并及时采取措施进行调整。
此外，还可以通过合理设计和选择逆变器控制策略，以及优化光伏组串和并网能力等措施，来提高光伏发电系统的功率因数。
光伏系统功率下降的原因2018.05
最近，光伏系统与原有配电系统的兼容问题得到了大家的关注，因为电网的功率因数达不到电网公司的要求而受到罚款的情况也时有发生，将从功率因数概念入手，分析事例，最后给出建议和问题处理办法。
一、功率因素的概念在交流电力系统中，有三种常用的功率表征量：有功功率P、无功功率Q和视在功率S，他们之间的三角关系如下图：而功率因数就是：cosφ=P/S=P/(P²+Q²)1/2有功功率可以看做交流电路中阻性负载消耗的功率，而无功功率主要由电路中感性负载决定。
在国内分布式光伏商业项目中，安装光伏系统后，原有配电网功率因数下降主要原因：1.原有补偿设备实际可用补偿容量不足;2.补偿设备检测点选择不正确;3.电网中负载带来的谐波较大，补偿电容器无法正常投切。
4.而补偿设备实际可用容量不足和检测点位置选择不正确，是问题的主要原因。
事例分析项目现场电网、负载、无功补偿设备和光伏系统接线示意如下：项目现场检查1.检查无功补偿装置，发现由于使用时间过长，有一些交流接触器损坏，同时补偿电容的容量也有所衰减;2.在配电网中所有设备工作时，电表显示的有功功率会随着光伏系统功率增大而减小，从而功率因数减小;3.暂时关闭‘其他感性负载’，电表显示有功功率和无功功率同时降低，计算得出的功率因数较小;4.暂时关闭光伏系统，电表显示的有功功率增加，无功功率变化较小，计算得到的功率因数在0.91附近波动，也会有低于0.9的情况;功率因数下降的原因如下：1.配电网中，无功补偿装置可用容量较小;2.没有安装光伏系统之前，配电网的功率因数在临界状态，“其他感性负载”和“照明等阻性负载”决定了配电网功率因数;当安装光伏系统后，由于光伏系统的功率因数接近1，即输出功率基本为有功功率，照明等阻性负载直接从光伏系统取得功率，而“其他感性负载”的无功功率还是来自电网，因此导致配电网功率因数降低;3.无功补偿装置的检测点选择错误，现场的无功补偿装置只能补偿“空压机等感性负载”，而不能补偿配电网中的“其他感性负载”，导致并网点的功率因数降低。
无功补偿修正系统解决方案
录光伏项目功率因数问题现有解决方案及优缺点分析无功补偿修正系统解决方案无功补偿无功补偿——全称无功功率补偿，是一种在电力供电系统中提高电网功率因数，降低供电变压器及输送线路损耗，提高供电效率，改善供电环境的一种新兴技术。
因此，无功功率补偿装置是电力供电系统中不可或缺的重要硬件配置。
分布式光伏发电具有因地制宜、分散布局、就地消纳等特点，是实现“碳达峰、碳中和”的重要支撑，市场潜力巨大。
十四五期间，国家重点鼓励大力发展清洁能源，分布式光伏的装机容量逐年创新高，取得了良好的经济效益与社会效益，但是分布式光伏接入电网以后出现的各种问题也日益凸显，其中就包括无功补偿问题。
伏项目功率因数问题一般工商业用户电费收取情况一般工商业用户电费由三个部分组成：（1）基本电费：一般按变压器的容量×基本电价或者最大需量×基本电费，两种方式二选一进行收取；（2）电度电费：按企业实际用电量，执行峰谷平分段计费进行收取；（3）力调电费：（基本电费+电度电费）×（±）功率因数调整电费月增减率%。
供电局月度功率因数计算公式：伏项目功率因数问题其中P 为每个月从电网消耗的正向有功总电量，Q 为每个月从电网消耗的无功电量与反送给的无功电量的绝对值之和。
22Q P PCOS +=θ功率因数降低原因分析：<一> 安装光伏电站以后，此时负载从电网消耗的有功减少，相应的从电网消耗的无功增加，导致系统功率因数下降。
如图：未安装光伏前电网下行功率P和Q。
接入光伏以后，由于光伏提供功率△P，使得电网下行有功减少为P‘,功率因数降低。
要使考核点回到并网前的功率因数水平，则至少还需要增加无功△Q。
<二> 分布式光伏项目并网点并在厂区低压母排末端。
光伏并入系统以后，负载从电网可吸收的有功电量减少，进而出现无功补偿控制器的采样CT无法准确采集负载的用电情况，导致原来的电容柜出现乱投切的情况，最终影响系统的整体功率因数。
光伏功率因数计算
光伏功率因数计算光伏功率因数是衡量光伏发电系统性能的一个重要指标，它反映了光伏发电系统对太阳能的利用率以及对电网的友好程度。
在光伏发电系统中，功率因数越接近1，系统的性能越好。
本文将介绍光伏功率因数的计算方法以及如何提高光伏功率因数，从而提高光伏发电系统的整体性能。
一、光伏功率因数的概念与意义光伏功率因数是指光伏发电系统中，有功功率与视在功率的比值。
视在功率包含了有功功率和无功功率，而有功功率是光伏发电系统实际转换为电能的部分。
功率因数是有功功率与视在功率的比值，用符号“cosφ”表示。
在理想情况下，光伏发电系统的功率因数应为1，表示系统产生的电能全部为有功功率，没有无功功率损耗。
二、光伏功率因数的计算方法光伏功率因数的计算公式为：cosφ = P_active / P_apparent其中，P_active为光伏发电系统产生的有功功率，P_apparent为光伏发电系统的视在功率。
在实际计算中，可以根据光伏发电系统的输出电压、电流以及功率因数角等参数来计算功率因数。
首先，通过电压、电流计算出有功功率和视在功率；然后，根据功率因数角的测量值，计算出功率因数。
三、提高光伏功率因数的措施1.选择高转换效率的光伏组件：高转换效率的光伏组件可以降低无功功率损耗，提高功率因数。
2.优化系统设计：合理布局光伏组件，使系统产生的无功功率损耗最小，从而提高功率因数。
3.采用MPPT技术：最大功率点跟踪（MPPT）技术可以实时调整光伏发电系统的输出功率，使系统工作在最大功率点附近，降低无功功率损耗，提高功率因数。
4.安装滤波器：滤波器可以抑制光伏发电系统中的谐波，降低无功功率损耗，提高功率因数。
5.合理选用电抗器：通过选用合适的电抗器，可以调整光伏发电系统的无功功率，从而提高功率因数。
四、光伏功率因数在实际应用中的重要性1.提高电网稳定性：高功率因数的光伏发电系统可以减少对电网的谐波污染，提高电网稳定性。
2.降低运行成本：减少无功功率损耗，降低运行成本。
分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方法探讨
参考文献： ［１］ ＧＢ ２９３２１－２０１２，光伏发电站无功补偿技术规范［Ｓ］． ［２］ ＤＬ ／Ｔ ６４５－２００７，多功能电能表通信协议［Ｓ］． ［３］ 张强，彭小平．调整功率因数对考核发电厂发电出力的技术探讨［Ｊ］．计量与测试技术，２０１４ （２）． ［４］ 李翔．功率因数在电力系统中的应用［Ｊ］．技术与市场，２０１４（２）．
２．２ 考虑分布式光伏接入影响的功率因数计算公式
为此提出两种功率因数计算公式。 一种是还原用户实际所用有功电能，即加上光伏发电自发自用 部分电量。 计算公式为：
ｃｏｓ Φ＝P ／P２ ＋Q２ 式中：P 是计量关口正向有功总示数加上光伏月发电量再减去计量关口反向有功总示数；Q 是计量 关口正向无功总示数与反向无功总示数绝对值之和。 第二种思路是将用户向电网倒送有功的时段视作一小型发电厂，倒送有功期间考虑不进行功率因 数考核。 计算公式为：
· ２１·
分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方
法探讨
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
陈伟， CHEN Wei 国网安徽省电力公司,安徽 合肥,230022
光伏系统电能质量分析与改进
光伏系统电能质量分析与改进随着人们对可再生能源的依赖程度日益增加，太阳能光伏系统的应用也变得越来越广泛。
但随着光伏系统规模的扩大和复杂性的增加，电能质量问题也逐渐浮出水面。
本文将对光伏系统电能质量进行分析，并提出一些改进措施，从而提高光伏系统的运行效率和电能质量。
一、光伏系统电能质量问题分析1. 频率变动与电压波动光伏系统的输出功率受太阳辐射强度、云层遮挡等因素的影响，导致光伏系统的输出功率存在较大的波动性。
这将直接影响到系统的频率稳定性和电压波动。
频率变动和电压波动可能导致设备故障、设备运行不稳定、甚至生产线停机等问题。
2. 电流谐波问题光伏系统中的逆变器工作频率往往远高于电网频率，这可能导致逆变器输出电流存在谐波问题。
电流谐波会引起电网电流失真、谐波噪声、设备损坏等问题，降低电能质量。
3. 功率因数问题光伏系统中的逆变器功率因数通常较低，功率因数低会影响电网的稳定性，增加输电损耗并可能违反电力公司对功率因数的要求，从而导致额外的电力负担。
二、光伏系统电能质量改进措施1. 采用最新的逆变器技术选择新一代高效率的逆变器技术可以提高光伏系统的电能质量。
新型逆变器具有更好的电能转换效率、更低的谐波失真、更高的功率因数等优点。
逆变器的优化设计能够降低谐波问题，改善电网电流质量，同时提高功率因数。
2. 安装电能质量监测设备为了准确地了解光伏系统的电能质量状况，可以在系统中安装电能质量监测设备。
这些设备可以持续监测电能质量参数，如频率、电压、电流谐波等，以便及时掌握系统运行状况并进行调整和改进。
3. 使用有源滤波器有源滤波器是一种用于补偿电网电压波动和谐波的设备。
通过控制滤波器的输出电流，可以减小逆变器输出电压的波动，提高系统的电能质量。
有源滤波器还可以补偿逆变器产生的谐波电流，降低谐波失真。
4. 电力电子器件的优化设计对于光伏系统中的电力电子器件，如逆变器、整流器等，可以进行优化设计，以提高其电能质量表现。
分布式光伏发电项目无功补偿不足有效的解决方法
分布式光伏发电项目无功补偿不足有效的解决方法技术领域：光伏发电行业背景技术：在太阳能可再生能源利用的光伏发电行业内，在用户侧0.4KV并网的自发自用、余电上网的低压光伏发电系统，在变压器低压侧母线并铜排形式并网发电。
在并网发电后无功补偿柜上的无功控制器显示的功率因数值下降，低于电网要求的0.9，有时低至0.3左右，因为供电局结算电费时对于功率因数低于标准要求的0.9，会根据降低成度给与不同的力调电费罚款，越低罚款越多。
这个罚款是要算在光伏发电建设方头上的。
这种情况给众多光伏建设企业造成困惑和经济所示。
光伏企业想过很多提高功率因数的办法：1.通过逆变器调整发出容性无功，用来提高功率因数；2.将无功补偿柜（电容器柜）上的控制器更换成四项限的无功补偿控制器；3.将并网点接到变压器低压进线柜断路器变压器测；上述办法1的方式可以补偿无功，但牺牲了发出的部分有功，造成了投资方收益的很大损失；方法2更换四象限无功补偿控制器，因为无功补偿控制器是三相的，需要将无功采样CT增加B、C两相，需要将变压器停电进行改造，但实际效果不好，不能满足功率因数达到0.9及以上的要求。
方法3从理论和实际可以解决功率因数降低问题，但因为所接位置空间有限，施工难度太大，实际施工均没有采用这种办法。
通过上述方法和方法的效果了解，方法2、方法3均放弃，多数采用方法1来实现容性无功补偿，提高低压系统的功率因数。
此项专利申请所要解决的技术问题通过本专利的方法，解决因接入光伏发电系统导致原配电系统无功补偿不够、功率因数低的问题，经济有效的提高系统的功率因数，避免供电局罚款。
此项专利申请的技术方案简介在光伏并网柜内A相安装1个变比同原配电系统无功采样CT(电流互感器)，精度0.5级，互感器二次线接到无功补偿柜上的无功采样CT接入端子，注意要保证这个CT二次电流流入流出电流方向一致，接好后，无功补偿柜正常工作，功率因数恢复正常，一般补偿都会在0.98左右，远高于电力系统要求的0.9。
光伏发电并网对用户功率因数的影响研究
光伏发电并网对用户功率因数的影响研究随着光伏发电技术的日益成熟与普及，光伏发电用户数不断增多，光伏并网引起用户功率因数下降的问题也逐渐凸显.。
功率因数的下降不仅影响电网的正常稳定运行，危害电网安全，损害用电设备，而且功率因数过低将产生力调电费，加大电费支出，严重影响经济效益.。
为解决这一问题，通过收集、分析用电信息采集系统数据及具体案例，总结光伏设备（升压变、逆变器等）对光伏并网用户功率因数产生影响的原因，并从设备调试、设备更换两方面提出功率因数调整方案，对光伏并网用户设备配置具有一定的指导意义.。
关键词：功率因数；无功补偿；光伏发电；力调电费近年来，光伏发电技术日益成熟，国家对于光伏产业大力支持，对光伏发电用户大力补贴，光伏发电逐步走入民用.。
可以预见的是，随着民众对光伏发电认知度的不断提升，以及规模化生产及行业竞争带来的成本降低，将会有更多的企业及居民加入光伏并网的行列.。
在这种情况下，做好相应的技术规范及技术支撑成为必须要解决的问题.。
光伏发电的一项重要技术难题就是并网后对电网的影响，主要反映在功率分布的不均衡，产生的谐波危害电网运行，使光伏并网后功率因数下降等.。
随着光伏用户的不断增加，有越来越多的光伏并网用户反映，在并网接入系统后，用户功率因数有明显降低，通过采集系统查询，比对并网前后功率因数，发现用户反映情况确实存在.。
本文以数据统计及案例分析为工具，分析光伏并网功率因数下降的原理，并针对产生的原因提出可行的解决方案，对于用户侧光伏设备配置有一定的指导意义.1 功率因数与力调电费1.1功率因数功率因数是衡量用户电气设备效率高低的一个系数，功率因数过低会降低电网的运行效率.。
功率因数的计算通过用户有功电量和无功电量的数值取得，一般来讲，无功电量比例越高则功率因数越低，所以，提高功率因数的一个重要手段就是加装无功补偿装置，以降低无功功率.。
1.2力调电费根据水利电力部、国家物价局《功率因数调整电费办法》（水电财字215 号文件）规定，容量在100 kV A及以上的电力用户均须进行功率因数考核，未达到考核标准将加收功率因数调节费（即力调电费），超过考核标准的按超过比例进行奖励.。
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引言
分布式光伏发电作为一种清洁无污染的绿色能源
得到了国家政策大力支持，其中采用自发自用、余电上
网的电能消纳方式，具有初期建设投资相对较少，就近
消纳电能，线路损失小等优点，成为许多大用电用户分
布式光伏发电项目消纳的首选[1]。
然而，部分用户在接
入分布式光伏电能之后，其自身的功率因数显示降低，
并由此受到电网企业的考核，此种情况使光伏电能利
用的用户受到了不必要的经济损失，降低了用户使用
分布式电能的积极性和经济性，不利用分布式光伏发
电的推广应用。
本文结合具体光伏项目案例从功率因
数的基本理论，及光伏发电引入后对其影响等方面阐
述了此现象的成因，并提出了相应的解决方案。
1光伏电站投运前后功率因数变化情况及分析
1.1功率因数考核指标
本文中我们以某自发自用、余电上网光伏项目为
例，项目所在地属天津市电力公司东丽供电分公司的
供电范围。
本项目用户厂区内现状有1座35kV用户变电站，
该站现状主变规模2×20MVA（1#、2#），电压等级35/
10kV，双电源供电，35kV侧为内桥接线，10kV侧为1
组单母线分段接线。
该站两回电源分别为35kV1#、2#
线，来自上一级220kV变电站，按照属地供电公司的要
求该用户用电类型属于大工业用电，其功率因数考核
指标为不低于0.9。
1.2光伏项目投运前后用户的功率因数变化
光伏项目投运前用户功率因数情况如下表：
表1光伏项目投运前用户功率因数情况表
从上表中来看该公司的功率因数受生产影响较
大，3月份处于考核的临界状态。
部分时间受到过功率
因数考核，但大多数时间能够满足电力公司功率因数
不小于0.9的要求。
我们对光伏发电投入前后用户的功率因数变化做
了对比记录如下表所示：
表2光伏发电投入前后功率因数变化表
1.3功率因数降低原因分析
根据功率因数公式：
cpsφ=P P2+Q2
√
式中P、Q为用户的瞬时有功功率和无功功率，
cpsφ为该瞬时的功率因数[2]。
按照电力公司现行的考核计算方式其中P、Q为用
户从公共电网获取的即时有功功率和无功功率。
由于
光伏项目所产生的电能全部为有功电能，故在光伏项
目投入后，用户实际的有功功率不变，但消纳了光伏发
出的有功功率，用户从电网吸收的有功功率减少，但是
吸收的无功功率不变。
因此用户1#、2#线功率因数较光伏项目投运前有
所减小，白天基本处于电力公司功率因数考核范围。
鉴
于该项目属于自发自用余电上网的项目，当向电网供
电时，由于有功方向发生变化功率因数统计有可能出
现负数更增加了功率因数不合格点的数量[3]。
我们对某一瞬时从电网取电的有功功率P1、无功
功率Q、光伏发电有功功率P2进行了数据采集，并按
照不计光伏发电有功（P=P1）的功率因数cosφ1和计及
光伏发电有功（P=P1+P2）的功率因数cosφ2进行了计
算，结果如下表所示：
表4光伏发电对功率因数影响
从表4中可以看出若不计光伏发电的有功用户功
率因数小于0.9不合格，若计及光伏发电的有功则功率
因数合格。
2解决方案
此类问题在其他光伏电站也有发生。
针对这种情
况光伏发电项目的用户可以从以下几种解决方案入
手，解决功率因数考核问题。
目前解决功率因数降低问自发自用光伏发电项目功率因数问题浅析
王子健刘永革李德育
（天津津能滨海新能源有限公司天津300384）
68
题的几种建议整改方案：
2.1利用现有无功补偿设备提高功率因数
大功率用电的工厂企业用户，按照电力公司的要求，基本均配有就地的无功补偿设备，通过无功补偿设备的投入，调节企业的即时无功消耗，保证功率因数处于较高水平，但是大量投入无功补偿设备会使得用户侧的母线电压升高，不利用用电安全，例如该项目用户目前使用的35KV/10KV变压器是无载调节
型，10KV有非自动调节型无功补偿设备，由于目前区域电网电压较高，为了保证用电安全用户的无功补偿设备并未投入，在此问题出现用户对35KV/10KV变压器分接头进行调节，并投入了部分10KV无功补偿设备，功率因数有所提高，但该设备并非自动调节设备。
从目前用户实际的无功需求情况来看，如加强对赛瑞公司无功情况的监控，并适时调整10KV侧的无功补偿投入容量，可以减少功率因数降低的情况，避免功率因数受到考核。
此种方案无需增加设备投入，但需要变电站值班人员加强对无功情况的实时监视，及时对无功补偿进行操作（从目前的情况看主要在白天），会增加值班人员的工作量。
2.2采用SVG设备提高功率因数
SVG是典型的电力电子设备，由三个基本功能模块构成：检测模块、控制运算模块及补偿输出模块。
其工作原理为由外部CT检测系统的电流信息，然后经由控制芯片分析出当前的电流信息、如PF、S、Q等；然后由控制器给出补偿的驱动信号，最后由电力电子逆变电路组成的逆变回路发出补偿电流。
SVG静止无功发生器采用可关断电力电子器件（IGBT）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流。
迅速吸收或者发出所需的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。
作为有源形补偿装置，不仅可以跟踪冲击型负载的冲击电流，而且可以对谐波电流也进行跟踪补偿。
采用SVG设备改善功率因数是目前比较先进的方案，此种方案已有成功应用的案例方便考察，无需人员频繁操作。
通过原有设备进行技术改造加装SVG达到满足功率因数的目的。
此方案可以有效解决用户无功补偿设备不能自动投切的问题，在不增加人员监控操作工作量的情况下，避免了人为投切无功补偿设备而引起的无功补偿不及时和过补偿问题，减少了不必要的功率因数考核。
3方案的经济性分析
光伏发电项目主要的发电月份为四月至九月。
按照文中所述项目用户公司七月份功率因数受到电力方面考核罚款金额为12万元。
考虑到7月份并非光伏电站发电最高的月份，结合项目地区各月光照情况我们对该光伏项目的发电量情况进行了预计，从下表来看光伏电站在四月、五月、六月发电量最高。
图1项目各月发电量预估
考虑到此种情况，我们按照四月到九月每月平均考核罚金为10万元计算。
通过多方咨询和调研，结合光伏项目预计发电情况。
我们对以上两种方案的经济性和优缺点进行了对比如下表所示：
表5两种方案经济性对比
从上表中可以看出方案一无需设备投入，方案二考虑到对于其考核费用的情况，50万的设备投入，1年可以回收投资。
结语
本文阐述了自发自用、余电上网光伏项目接入后用户实际功率因数降低的现象，分析了此种现象产生的原因，提出了两种解决方案，并做出了两方案的经济性对比分析。
得出了以下结论：
（1）功率因数降低是由于光伏电站引入后，消纳电网有功降低的原因引起的，与电网公司现行的功率因数考核计算方法有关，并非实际功率因数降低；
（2）采用人工调整或采用自动调整无功补偿的两种方式均可有效减少功率因数降低现象出现的可能性。
经济和技术上均具有可行性。
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