分布式光伏电站并网对油田电网功率因数的影响分析

成后炉,寇欣奇

中国石化集团江汉石油管理局有限公司水电分公司，湖北 潜江 433123

摘要：针对分布式光伏电站并入油田电网后造成功率因数降低的问题，文中对造成功率因数降低的原因进行了分析，并提出了相关的无功补偿方法和解决措施，为后续电网运行确保功率因数通过考核提供了参考。

关键词：分布式光伏发电站；功率因数；无功补偿

引言

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数，功率因数低会引起很多不良情况。例如：使负荷端的电压下降，影响某些设备的正常运行；使输电线路中的传送电流变大，增加系统的损耗等。为了确保电力系统的功率因数达标，国家出台了《功率因数调整电费办法》，采用经济手段来对用户的功率因数进行考核，对促进用户增加无功管理，增设无功补偿设备，节约电能，起到了很大作用。

目前新星公司分布式光伏电站项目已分三批并入油田电网运行，并网总容量为8.668MW，其中王场变分布式光伏电站并网容量为6.066MW，前期并网的俊隆光伏电站从王向线送至王场变的有功功率为14MW左右。分布式光伏电站并网运行后在光伏电站发电高峰期使110kV王场变国网考核点的功率因数降低，达不到考核的要求，有时功率因数甚至降至0.3以下。因此，有必要对造成功率因数降低的原因进行分析。

1 功率因数的计算

电源给负荷供电的总功率为视在功率，视在功率可分为两部分：有功功率和无功功率。有功功率、无功功率、视在功率和功率因数之间的关系可用下列公式表示：

其中：P为有功功率；Q为无功功率；S为视在功率；cosφ为功率因数；φ为有功功率和视在功率的夹角。

2 力调电费的计算方法

在《多功能电能表通信协议》（DL/T645-2007）中，对无功电能四象限测量做出了规定，如图1所示。

图1 有功和无功功率几何示意图

第I象限表示电网向用户输送有功和无功，电能表的有功和无功功率都是正向值，这是电网给用户正常供电的模式。

第II象限表示，用户向电网输送有功功率，电网向用户输送无功功率，电能表的有功是反向值，而无功是正向值，这时表示光伏的电量无法消纳，有功电能倒送至电网，而无功功率由仍由电网提供。

第III象限表示，用户既向电网输送有功也向电网输送无功，电能表的有功和无功功率都是反向值，此时，用户工作模式类似于专业电厂。

第IV象限表示，电网向用户输送有功，而用户向电网输送无功功率，电能表的有功为正向值，而无功为反向值，用户的无功处于过补的状态。

《功率因数调整电费办法》中规定用户功率因数的计算为：

式中：为感性无功，为容性无功，方向相反，计算时采用绝对值相加，才是用户实际的无功负荷。而有功只取正向的电能，反向的电能不参与功率因数的计算。因此，光伏发电向电网倒送有功时，考核点的功率因数同样会降低。

3 功率因数降低的原因

如图2所示为110kV王场变分布式光伏电站并网示意图。首先对红98开关的功率因数进行分析，6kV母线为负载提供的实际有功为P，P的功率由电网提供有功功率P1和光伏电站提供有功功率P2，即

P=P1+P2

P1=P-P2

当光伏发电功率P2=0时，P1=P，而6kV侧的无功功率没有发生变化，此时，cosφ1的功率因数与实际的功率因数cosφ相等，电表工作在第I象限。

当光伏发电功率P2＞0时，0＜P1＜P，而6kV侧由于总负荷没有变化，所以6kV侧的无功功率也基本不变，此时功率因数cosφ1随着光伏发电功率P2的增加而下降，系统需要投入更多无功补偿装置来维持达标的功率因数。当光伏发电功率P2接近用电负荷P时，此时电网提供的有功功率P1急剧下降，甚至为零，此时的功率因数也为零，系统投入再多的无功补偿也不会使功率因数达标，电表工作在第I象限。

当光伏发电功率P2大于负载功率P时，此时出现光伏功率倒送的情况，电网提供的有功为零，此时的无功也基本保持不变，电表工作在第II象限。

当光伏发电功率P2大于负载功率P，无功功率出现过补时，电表工作在第四象限。

图2 王场变分布式光伏电站并网示意图

同理，红08开关的功率因数也是由于采样点的有功功率减少，而无功功率基本不变，导致红08开关的功率因数降低。红08开关为国网功率因数考核点开关，若要保持功率因数不变则也要相应的减少考核点无功功率的大小。

4 应对措施

随着光伏发电量的增加，电源考核点的有功减少，要提高考核点的功率因数需要相应的减少无功的大小。主要应对措施如下。

（1）6kV侧母线的电容全部投入运行，110kV侧电源点的功率因数才可以达到考核的标准，但6kV侧电容全部投入运行后6kV处于过补的状态。

（2）在光伏发电高峰时刻35kV侧的功率因数也处于0.8以下，俊隆光伏SVG现在的运行方式是白天退出运行，晚上投入，这种运行方式不利于电网电源点的无功调节，应改变俊隆光伏SVG的运行方式，改白天运行，晚上电源考核点功率满足国网考核要求时SVG可退出运行。

（3）将35kV侧热备用线路转空载运行，以减少电源考核点的无功功率，提高35kV侧的功率因数。

（4）功率因数降低发生在光伏发电较大时期，时间占比不大，在6kV功率因数不过补的情况，可先不投其他电容器，运行一段时间后，再对功率因数进行核算，若功率因数能够满足要求，可不投其他电容器。

5 结语

（1）分布式光伏电站并网后改变了油田电网的潮流分布，当电网负荷较小，而光伏发电的容量接近甚至超过油田电网的用电容量时，会造成油田电网考核点的功率因数大幅下降。

（2）目前油田电网的总负荷基本保持不变，在分布式光伏建设时，有必要根据油田电网的负荷情况，适当考虑无功补偿装置的配置，即使夜间分布式光伏电站不发电，也可以作为油田电网的无功补偿设备。

（3）随着分布式光伏容量的不断增加，目前执行的功率因数考核办法难以适应分布式光伏等新能源接入的影响。

参考文献：

[1]DL/T645-2007，多功能电能表通信协议[S].

[2]徐琼.分布式光伏接入用户侧对功率因数的影响[J].电力与能源,2022,43(01):65-68.

[3]陈伟.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[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2015,20(S1):18-21.