分布式光伏电站接入导致厂区关口功率因数降低案例
一、案例描述：1.某厂区分布式光伏电站投运后，400V低配室多处无功补偿装置都不能自动准确投运, 甚至有些无功补偿装置停运，造成厂区关口功率因数降低。
2.齿轮约克1#变电站多个电容烧毁，现场无功需求高的时候，无功补偿容量不足，造成厂区关口功率因数降低。
3.光伏电站发电高峰，有时甚至造成倒送电的情况，造成厂区关口功率因数降低。
4.现场查看400V低配室电容器型号BSMJK0.4-36-3,额定输出36kVar，共12组。
图1：光伏电站发电量接近用户用电量，无功补偿装置不能自动投入造成功率因数很低
图2：现场电容器损坏，现场无功需求高的时候，无功补偿容量不足，造成功率因数很低
图3：现场无功补偿装置容量能够满足无功消耗时，无功补偿功率因数恢复正常
图4：光伏电站发电高峰，造成倒送电，功率因数呈现为负数
二、案例分析：
1.《功率因数调整电费办法》中规定: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，用电客户平均功率因数的计算公式为：
P:计量关口正向功率总示数；
Q入计量关口输入无功总示数（包含感性无功与容性无功）；
Q出:计量关口输出无功总示数（包含感性无功与容性无功）
根据《DLT 645-1997 多功能电能表通信规约》中关于无功电能四象限测量的定义(见图5)，正向无功电能的计量方式应设定为Ⅰ、Ⅱ象限之和，反向无功电能为Ⅲ、Ⅳ象限之和。
光伏发电功率因数基本为1，用户所用无功全部取自电网，有功取自电网和光伏电站，如果电容器不能正常投运，会造成功率因数很低，对于光伏电站对电网倒送电情况，如图4，监控后台显示功率因数为负数，按照《功率因数调整电费办法》，电费结算时功率因数记为0。
图5:电能量四象限测量示意图
2.根据变电站值班人员反映及现场数据查看，在光伏发电量接近甚至超过用户电能消耗量时，功率因数普遍较低，有时呈现负数（实际功率因数计为0）。
1）图1铸造2#车间光伏发电量基本等于车间负荷电能消耗量，厂区用电大部分电能取自光伏电站，只需从电网吸收少量电能（17.76kW），光伏发电功率因数接近1，所有的无功均从电网获取(17.76kVar)，单个电容器容量为36kVar，达不到投运要求，造成铸造2#车间功率因数很低，直接造成厂区关口功率因数降低。
2）并联电容器组对谐波有放大作用，易发生串联谐振或并联谐振，使得系统电压及电流的畸变更加严重；由于谐波电流叠加在电容器基波电流上，使电容器的电流有效值增大，造成温度升高，减少使用寿命，甚至永久损坏。山东山大华天科技集团股份有限公司对青特电能质量现场测试，齿轮约克1#变电站存在大量2次、5次谐波，造成现场部分电容器损坏，造成图2，图3的情况：现场负荷无功功率小时，功率因数很高，现场负荷需求无功功率很大的时候，无功补偿电容器全部投入功率因数也会很低的情况。
3）现场还有很多配电室电容器并没有损坏，但是无功补偿装置依然不能准确投入，最终导致类似图2、图3的情况，主要原因如下：因谐波污染对电容器危害很大，无功补偿装置多装设有谐波超值保护，当取样点处谐波含有率超标时，切除电容器，从而保护电容器不会由于谐波过载而损坏，当系统的谐波电流减少时，可以自动重新投入电容器。本电站无功补偿控制器谐波电压采样点为母线处，谐波电流采样点为电网低压电源侧。现场光伏电站输出的电能质量较好，可近似看成仅输出基波电流。流经变压器的基波电流(即电网输出的基波电流)加上逆变器输出的基波电流（即光伏电站输出的基波电流）等于流经厂用电负荷的基波电流。在光伏发电高峰期，由于光伏电站提供了大部分基波电流，流经变压器(即电网送来的基波电流)的基波电流占一小部分，而系统中的谐波电流没有变化，这样流经变压器的谐波电流(即电网送来的谐波电流)没有变化。基波电流减小，而谐波电流不变，在无功补偿谐波电流采样点（即电网低压电源侧）检测到的电流谐波含量就变大了，无功补偿装置谐波超值保护启动，电容器切除，造成系统功率因数很低。在光伏发电低谷的时候，基波及谐波全部来自电网，采样点谐波含量正常，无功补偿可以正确投入。
三、问题处理措施
1.光伏电站发电最高峰发电量小于用户用电量（即不会出现反送电情况）时，根据现场情况，在400V低配室内增加一组适当容量的小容量电容器，以保证在光伏电站发电量接近用户用电量（此时从电网获取很少电量）而导致电容器不能准确投切时，新增的小容量电容器可以正常准确投切，保证此时段功率因数能在较高水平。
2.光伏电站发电高峰大于等于用户用电量（即会出现反送电情况）时，400V低配室保留原无功补偿柜，更换其中控制器，并加装适当容量的低压静止无功发生装置。在原有电容器调节的基础上，利用SVG光滑连续输出无功，实现小容量的细调，保证任何时段功率因数都能在较高的水平。在第1、2条的基础上，对谐波比较高的齿轮约克1#变电站增加一套有源滤波装置。
四、案例总结：
做分布式电站接入设计时，对于无功补偿装置的配置需注意以下两点：
1.统计用户负荷及本电站接入光伏电站的最高发电量，光伏电站发电最高峰发电量小于用户用电量（即不会出现反送电情况）时，根据现场情况，保留原无功补偿柜，在并网侧配电室增加多组小容量电容器，并更换符合要求的控制器（谐波电流采样需采集电容器支路电流），以保证在光伏电站发电量接近用户用电量（此时从电网获取很少电量），导致电容器不能准确投切时，新增的小容量电容器可以正常准确投切，保证此时段功率因数能在较高水平。如经济条件允许，建议加装2倍现场单组电容器额定容量的低压静止无功发生装置。
2.光伏电站发电高峰发电量大于等于用户用电量（即会出现反送电情况）时，并网侧配电室保留原无功补偿柜，更换其中控制器（谐波电流采样需采集电容器支路电流），并加装2倍现场单组电容器额定容量的低压静止无功发生装置。在原有电容器调节的基础上，利用SVG光滑连续输出无功，实现小容量的细调，保证任何时段功率因数都能在较高的水平。
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