光伏电站并网之后出现功率因数问题怎么解决？

一、基础电气常识说明：

1、视在功率 S、有功功率 P、无功功率 Q 

视在功率：在交流电路中，电压与电流的乘积；通常表示用电/供电设备的 容量，是一个标量，没有符号。其基本表达式如下： S=UI 

有功功率：在交流电路中，电阻元器件上所消耗的功率；有功功率有正负之 分，P 为“+"表示设备（或系统）从外界吸收功率，P 为“-"表示设备（或系 统）向外界输出功率。比如发电机、光伏逆变器、风电变流器等工作时的有功功 率为“-"，表示其向外输出功率；而几乎所有的用电负荷的有功功率均为“+"， 表示从外界吸收功率。其基本表达式如下： P=UIcosφ=S*cosφ 

无功功率：在交流电路中，电感或电容元件与电源之间只进行能量的交换， 而不消耗能量。无功功率也有正负之分，Q 为“+"表示感性无功，即电感性负 载的电流波形（或相位）滞后电压；Q 为“-"表示容性无功，即电容性负载的 电流波形（或相位）超前电压。其基本表达式如下： Q=UIsinφ=S*sinφ 

有功功率、无功功率和视在功率之间的关系如下： S=sqrt（P+Q） 

2、功率因数 cosφ 

功率因数是指在交流电路中，有功功率对视在功率的比值。其基本表达式如 下： cosφ=P/S=P/sqrt（P+Q）=1/sqrt（1+（Q/P）） 

功率因数的正负号主要表示系统是吸收还是输出无功功率。当系统输出无功 功率时，功率因数为正；当系统吸收无功功率时，功率因数为负。这种定义与有 功功率的方向有关，通常在电力系统中，有功功率的方向决定了功率因数的正负。 例如，发电机在向电网输出无功功率时，其功率因数为正；而当发电机需要从电 网中吸收无功功率时，其功率因数为负。

此外，功率因数的符号还可以表示负载的属性，即负号用于表示容性负载， 而正号表示感性负载。这通常是在特定的电力系统中，为了方便描述电路的特性 而采用的约定。例如，变频器、整流器、充电桩、开光电源等电力电子非线性负 载无功为容性无功，功率因数可用负号“-"表示；传统的电机或电动机负载为 感性无功，功率因数可用正号“+"表示。 

二、现场功率说明 

1、现场接线示意图

2、拓扑分析 

便于分析现场功率情况，将系统拓扑等效一下拓扑：

图2-2系统等效图

现场配电等效图如图 2-2 所示，属于双电源供电，电源 1 为市电电源，电源 2 为光伏供电。 

计量点（即多功能表上数据）如图中红点所示，计量点有功功率 P1、无功 功率 Q1、视在功率 S1 和功率因数的关系如下： 

计量有功功率：P1=P2+P3

计量无功功率：Q1=Q2 

计量视在功率：S1=sqrt（P1+Q1） 

计量功率因数：Cosφ=P1/S1=P1/sqrt（P1+Q1）=1/sqrt（1+（Q1/P1）） 

从上面式子可以看出，计量点功率因数 cosφ的符号功率 P1 相关，而 P1 的 数值等于负载消耗的有功 P2 与光伏的发电 P3 之和相关。根据第1章的分析，负 载是消耗有功，所以 P1 为正值；光伏电源是给负载提供能量，即输出有功，所 以 P3 为负值。光伏发电功率和负载消耗功率都是波动的，所以计量点有功功率 P1 也是在正负值之间波动，从而导致计量点的功率因数正负值之间波动。当发 电功率 P3＜负载消耗功率 P2 时，计量点有功功率为正，对应的功率因数为正； 当发电功率 P3＞负载消耗功率 P2 时，计量点有功功率为负，对应的功率因数为负。 

3、治理原理分析

根据计量点功率因数公式：cosφ=1/sqrt（1+（Q1/P1））可以看出，功率 因数和（Q1/P1）的值反相关，即（Q1/P1）越大，cosφ越小；反之，（Q1/P1） 越小，cosφ越大。（Q1/P1）的等效式如下： Q1/P1=Q2/（P2+P3） 

从式中可以看到，减少 Q2 或者增加（P2+P3）的值，可以提高瞬时功率因数。 显然，对于分子而言，SVG 的主要作用就是调节 Q2 的值，使负载的无功尽可能 的小；对于分母而言，P2 是正值，P3 是负值，要使分母变大，负载有功功率 P2 尽可能的大，同时发电功率 P3 尽可能的小。

SVG 调节负载无功功率 Q2 的参数可通过开启 SVG 装置和关停 SVG 装置直接 作比较，或者观察 SVG 的输出容量，验证 SVG 装置对 Q2 的调节作用。 

负载消耗功率 P2 和光伏发电功率 P3 的分析如下： 

当 P3 为 0（即光伏没有发电）功率因数可以显著提高，如图 2-3-1 所示。

图 2-3-1 天阴光伏为发电时记录 

当光伏发电功率 P3 大于负载消耗功率 P2 时，功率因数会适当减小，主要取 决于 P2 和 P3 差值的大小，如图 2-3-2 所示：

图 2-3-2 天晴光伏发电功率大于负载损耗功率时

4、经济性分析 

如上分析了在光伏输入的多电源供电系统，单点（市电变压器计量点）功率 因数的提高方法，总结有 3 个方面： 

①通过 SVG 降低负载 Q2 的有效值； 

②减小光伏输出的有功功率 P3 的有效值； 

③增大负载消耗的有功功率 P2 的有效值。

单从经济性角度分析，消耗负载的有功功率 P2 越大，产生的市电电费费用 越高，涉及到生产正常运行，这部分电功率无法主动调节；另外，因为光伏电价 小于市电电价，而且光伏倒送地方电力公司也有相应补贴，在条件允许的情况下 尽可能的多发电，提高光伏发电功率 P3，可以减小对市电的电费支出。所以从 经济性的角度定性分析（定量分析可通过电费单自行核算），总结如下 2 点： 

①负载消耗的有功 P2 越小，经济性越高； 

②光伏发电功率 P3 越大，经济性越高。 

三、总结

通过以上电气常识介绍、各种功率关系说明、功率因数及其影响因子的定性 分析等，*终在经济性角度确立利益*大化（在含有光伏输入的情况下，电费单 中力率不低于 0.9，力调电费为奖励），末端瞬时功率因数（变压器计量点的 COS φ）数值影响因子较多，变化范围较广。建议关注点应该在电力公司每月的力率 （0.9 以上）和力调电费的奖罚比对。 综合以上分析，关于有光伏并网的现场，功率因数和力率关系总结如下： 

1、功率因数在一定程度上反映了系统有功功率在视在功率里面的占比，在单电源用电系统（仅市电，不含光伏输入的情况下）里，通过看功率因数就可以 评估系统对电网的无功功率的需求。但是，在多电源输入的情况下（含光伏输入 和市电等），单从市电功率因数是无法判断实际系统对无功功率的需求。

2、供电公司力率考核中，力率的计算是通过每个月的市电无功电量和有功 电量的关系换算力率。所以在含光伏的情况下，关注点在力率，而非瞬时的功率 因数。目前这一点是很多光伏并网现场的一个误区。简言之，力率是通过电量（累 计值）计算的，市电功率因数是通过功率（瞬时值）计算的。 

3、实际目前关注点应该是系统的无功需量尽可能的由 SVG 或者末端补偿装 置提供，让市电尽可能少提供，这才是核心。