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摘要：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：光伏发电;功率因数;无功补偿;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。用户功率因数考核标准为0.85或0.90，若功率因数远低于标准，不仅会造成电网运行负担，同时力调罚款数量也会十分巨大。由于用户负荷与负荷性质于每日的不同时段不一定一致，用户一般会加装带有自动投切功能的无功补偿（多为电容性设备）装置，自动调整补偿力度。
功率因数考核与力调电费是保障电网安全高效运行的有效手段，是鼓励用户自主调整功率因数的制度保障。光伏发电的试点与推广是国家能源战略的重要环节，也是国网发展的必由之路，因光伏接入造成未预计的力调罚款，不仅会阻碍光伏发电的推广，同时也使用户对供电企业的信任度有所下降。
2光伏并网功率因数分析
光伏发电的典型接入模式为“自发自用，余电上网”：在用户原有配电设施上进行接入，光伏发电板通过逆变器整流输出交流电，并经过升压变接入高压侧并网。光伏并网用户有两块计量表计：一块为用户并网表，计算电网与用户结算的总电量;另一块表为光伏发电表计，计量通过光伏设备发出的电能量，用以计算国家补贴。
该模式下，用户并网表计量的电量实际为用户总用电量减去光伏发电量。可以看出，光伏容量接近用电容量时，并网侧表计计量的电量将大量减少。
选取极端情况，在用户用电量与光伏发电量恰好持平的情况下，光伏逆变器仅输出纯有功功率，则电网不对用户输出有功功率，而电网同时需要对用户输入无功功率，此时该用户功率因数降为0。
从光伏用户用电特性来看，光伏发电晚间不工作，输出功率随日照强度而变化，一般情况下，用电负荷从早上开始逐步升高，至中午达到最高，并于傍晚逐步下降为0。
从以上分析可以看到，光伏并网容量接近用电容量时，可能会造成用户功率因数大幅下降，从而危害电网安全运行，同时产生力调罚款，对供用电双方产生损失。
传统的用户功率因数补偿自动投切装置是根据常规用户负荷性质稳定的特性而制定的，且投切并非平滑变化;而是以投入电容器的数量决定补偿容量，在功率因数过低时无法有效触发。
3 光伏并網用户案例分析
为进一步分析功率因数下降的原因，选取了下降幅度较大的某电动车制造企业光伏项目作为案例，用户光伏发电容量高于用电配变容量。
3.1 供配电情况
该用户为电动自行车制造行业，厂房内设有一座10 kV高配房，配变容量1 250 kV·A，配置有1台1 250 kV.A的变压器，无功补偿电容容量为500 kvar。由110 kV变电站10kV出线为其提供一路电源。该用户2018年最高负荷约为1170kW，平均负荷约为766 kW。2019年在截止到光伏接入日前（7月2日），最高负荷为1 293.6 kW，平均功率因数为0.952。用户计量方式为高压侧计量。
3.2 光伏接入情况
该用户在2018年7月2日并网光伏容量1680 kW，分为2台500 kW逆变器与1台630 kW逆变器。采用逆变器输出后经过升压变汇流接入用户内部10 kV母线的方式。
4 解决方案
目前逆变器功率因数控制方式有两种：1）将功率因数设置为定值，案例中的用户便属于这种，将功率因数设置为0.99，此时逆变器提供的无功功率为恒定;2）通过实时调节指令，调节逆变器无功容量，但此功能并非所有逆变器均能实现。通过以上两种方法调整无功功率不会改变视在功率输出;同时，若设定的定值功率因数较低，则在负荷较低的情况下，将引起无功功率倒送，不推荐使用以。下文仅讨论通过实时接收控制指令的调节方式。
根据《国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范（修订版）的通知（国家电网办[2013]1781号）》，分布式电源接入配电网相关技术规范中第十一条，逆变器类型分布式电源接入10 kV配电网技术要求为：分布式电源功率因数应在 0.95（超前）～0.95（滞后）范围内可调。
升压站无功损耗主要以升压变压器以及送出线路部分构成。若原有自然功率因数补偿能够达到0.9的标准，同时在用户光伏并网前的最高运行负荷情况下，当逆变器控制方式满足运行中无功实时调节，且无功输出调节范围为超前0.9～滞后0.9时，无论光伏出力能否内部消纳，均能保证该用户关口处功率因数达到考核0.9以上图。
原有自然功率因数补偿不能够达到0.9的标准时，若自调节能力在最大光伏负荷输出时能够满足输出范围要求，则仍优先使用逆变器自调节;若自调节能力无法满足输出范围要求，则需使用第2种补偿方式，在低压侧加装无功补偿装置。
结束语
多数用户光伏并网后功率因数下降的主要原因是逆变器无功控制方式选择不合理。在恒功率输出方式下，功率因数设定过高则系统侧出现补偿不足，正向有功增加，设定过低则会造成输出无功功率过多，系统无法消耗而增加反向无功，势必都会降低用户计量关口处功率因数。通过利用逆变器固有的调节功能，以及通过加装低压侧无功补偿装置，光伏并网后功率因数下降的问题能够得以解决。随着光伏发电技术的民用化及光伏产业的规模化，将会有更完善的标准、规范出台，也会有更加成熟的技术手段支撑产业发展。
参考文献
[1]罗如意，林晔.世界光伏发电产业的发展与展望[J].能源技术，2009，30（5）：292-302.
国网馆陶县供电公司 河北省 邯郸市 057750
关键词：光伏发电;功率因数;无功补偿;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。用户功率因数考核标准为0.85或0.90，若功率因数远低于标准，不仅会造成电网运行负担，同时力调罚款数量也会十分巨大。由于用户负荷与负荷性质于每日的不同时段不一定一致，用户一般会加装带有自动投切功能的无功补偿（多为电容性设备）装置，自动调整补偿力度。
功率因数考核与力调电费是保障电网安全高效运行的有效手段，是鼓励用户自主调整功率因数的制度保障。光伏发电的试点与推广是国家能源战略的重要环节，也是国网发展的必由之路，因光伏接入造成未预计的力调罚款，不仅会阻碍光伏发电的推广，同时也使用户对供电企业的信任度有所下降。
2光伏并网功率因数分析
光伏发电的典型接入模式为“自发自用，余电上网”：在用户原有配电设施上进行接入，光伏发电板通过逆变器整流输出交流电，并经过升压变接入高压侧并网。光伏并网用户有两块计量表计：一块为用户并网表，计算电网与用户结算的总电量;另一块表为光伏发电表计，计量通过光伏设备发出的电能量，用以计算国家补贴。
该模式下，用户并网表计量的电量实际为用户总用电量减去光伏发电量。可以看出，光伏容量接近用电容量时，并网侧表计计量的电量将大量减少。
选取极端情况，在用户用电量与光伏发电量恰好持平的情况下，光伏逆变器仅输出纯有功功率，则电网不对用户输出有功功率，而电网同时需要对用户输入无功功率，此时该用户功率因数降为0。
从光伏用户用电特性来看，光伏发电晚间不工作，输出功率随日照强度而变化，一般情况下，用电负荷从早上开始逐步升高，至中午达到最高，并于傍晚逐步下降为0。
从以上分析可以看到，光伏并网容量接近用电容量时，可能会造成用户功率因数大幅下降，从而危害电网安全运行，同时产生力调罚款，对供用电双方产生损失。
传统的用户功率因数补偿自动投切装置是根据常规用户负荷性质稳定的特性而制定的，且投切并非平滑变化;而是以投入电容器的数量决定补偿容量，在功率因数过低时无法有效触发。
3 光伏并網用户案例分析
为进一步分析功率因数下降的原因，选取了下降幅度较大的某电动车制造企业光伏项目作为案例，用户光伏发电容量高于用电配变容量。
3.1 供配电情况
该用户为电动自行车制造行业，厂房内设有一座10 kV高配房，配变容量1 250 kV·A，配置有1台1 250 kV.A的变压器，无功补偿电容容量为500 kvar。由110 kV变电站10kV出线为其提供一路电源。该用户2018年最高负荷约为1170kW，平均负荷约为766 kW。2019年在截止到光伏接入日前（7月2日），最高负荷为1 293.6 kW，平均功率因数为0.952。用户计量方式为高压侧计量。
3.2 光伏接入情况
该用户在2018年7月2日并网光伏容量1680 kW，分为2台500 kW逆变器与1台630 kW逆变器。采用逆变器输出后经过升压变汇流接入用户内部10 kV母线的方式。
4 解决方案
目前逆变器功率因数控制方式有两种：1）将功率因数设置为定值，案例中的用户便属于这种，将功率因数设置为0.99，此时逆变器提供的无功功率为恒定;2）通过实时调节指令，调节逆变器无功容量，但此功能并非所有逆变器均能实现。通过以上两种方法调整无功功率不会改变视在功率输出;同时，若设定的定值功率因数较低，则在负荷较低的情况下，将引起无功功率倒送，不推荐使用以。下文仅讨论通过实时接收控制指令的调节方式。
根据《国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范（修订版）的通知（国家电网办[2013]1781号）》，分布式电源接入配电网相关技术规范中第十一条，逆变器类型分布式电源接入10 kV配电网技术要求为：分布式电源功率因数应在 0.95（超前）～0.95（滞后）范围内可调。
升压站无功损耗主要以升压变压器以及送出线路部分构成。若原有自然功率因数补偿能够达到0.9的标准，同时在用户光伏并网前的最高运行负荷情况下，当逆变器控制方式满足运行中无功实时调节，且无功输出调节范围为超前0.9～滞后0.9时，无论光伏出力能否内部消纳，均能保证该用户关口处功率因数达到考核0.9以上图。
原有自然功率因数补偿不能够达到0.9的标准时，若自调节能力在最大光伏负荷输出时能够满足输出范围要求，则仍优先使用逆变器自调节;若自调节能力无法满足输出范围要求，则需使用第2种补偿方式，在低压侧加装无功补偿装置。
结束语
多数用户光伏并网后功率因数下降的主要原因是逆变器无功控制方式选择不合理。在恒功率输出方式下，功率因数设定过高则系统侧出现补偿不足，正向有功增加，设定过低则会造成输出无功功率过多，系统无法消耗而增加反向无功，势必都会降低用户计量关口处功率因数。通过利用逆变器固有的调节功能，以及通过加装低压侧无功补偿装置，光伏并网后功率因数下降的问题能够得以解决。随着光伏发电技术的民用化及光伏产业的规模化，将会有更完善的标准、规范出台，也会有更加成熟的技术手段支撑产业发展。
参考文献
[1]罗如意，林晔.世界光伏发电产业的发展与展望[J].能源技术，2009，30（5）：292-302.
国网馆陶县供电公司 河北省 邯郸市 057750