圖1 示意圖

假設(shè)一工廠消耗有功功率為1000kW，無功功率為700kvar，配有360kvar的無功補(bǔ)償；那么在計(jì)量點(diǎn)參與考核的有功功率為1000kW，無功功率為340kvar，此時(shí)計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)為

此時(shí)功率因數(shù)合格。

當(dāng)工廠建設(shè)一個(gè)1000kWp的光伏電站，采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”模式時(shí)；光伏電站在某一時(shí)刻輸出功率為600kW，由于光伏電站逆變器設(shè)備的設(shè)置原因功率因數(shù)趨近于1，因此光伏電站發(fā)出來的功均為有功功率；那么在計(jì)量點(diǎn)參與考核的有功功率為400kW，無功功率為340kvar，此時(shí)計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)為

此時(shí)功率因數(shù)不合格。

根據(jù)

可知，由于光伏電站只發(fā)有功功率的原因?qū)е掠?jì)量點(diǎn)有功功率P降低，無功功率需求維持不變。從而導(dǎo)致功率因數(shù)下降；因此為了保證廠區(qū)用電功率因數(shù)的穩(wěn)定，廠區(qū)應(yīng)配置無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功調(diào)節(jié)。

已配置無功補(bǔ)償裝置的工商業(yè)光伏電站的接線方式一般如圖4、圖5所示，針對(duì)于不同接線方式，具體情況分析如下：

如何解決功率因數(shù)考核的問題，首先我們要了解我國(guó)功率因數(shù)考核的方法。根據(jù)功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)管理辦法(83)水電財(cái)字215號(hào)文：

2.2.1凡實(shí)行功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的用戶,應(yīng)裝設(shè)帶有防倒裝置的無功電度表,按用戶每月實(shí)用有功電量和無功電量，計(jì)算月平均功率因數(shù)。

2.2.2凡裝有無功補(bǔ)償設(shè)備且有可能向電網(wǎng)倒送無功電量的用戶,應(yīng)隨其負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除部分無功補(bǔ)償設(shè)備,電業(yè)部門并應(yīng)在計(jì)費(fèi)計(jì)量點(diǎn)加裝帶有防倒裝置的反向無功電度表,按倒送的無功電量與實(shí)用的無功電量?jī)烧叩慕^對(duì)值之和,計(jì)算月平均功率因數(shù)。

從上述文件可知，電網(wǎng)考核的僅是平均功率因數(shù)，也就意味著在某一時(shí)刻功率因數(shù)偏低是不被考核的。功率因數(shù)考核的計(jì)算公式為：

根據(jù)

① 配置合適的無功補(bǔ)償裝置

常用的無功補(bǔ)償裝置有多種類型，包括并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器（SVC）和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（DSTATCOM）等，每種裝置都有其特定的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的裝置。

并聯(lián)電容器：通過在高、低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器組，直接補(bǔ)償該配電所供電范圍內(nèi)的無功功率。電容器可以接在配電母線上，也可以直接接在異步電動(dòng)機(jī)旁或進(jìn)線端子上，實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法能夠消除無功電流在高、低壓線路上的流動(dòng)，減少線路負(fù)荷和損耗。

靜止補(bǔ)償器：利用電容器和各種類型的電抗器進(jìn)行無功靜止補(bǔ)償，可以向電網(wǎng)提供可變動(dòng)的容性和感性無功功率。SVC具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)無功功率需求波動(dòng)較大的場(chǎng)合。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置：根據(jù)負(fù)荷的特點(diǎn)來確定其容量，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)。它適用于對(duì)無功功率需求變化較快或要求較高的場(chǎng)合。

根據(jù)實(shí)際需求和設(shè)備的特性，計(jì)算出無功補(bǔ)償裝置的容量；為了最大限度地提高無功補(bǔ)償裝置的效果，無功補(bǔ)償裝置的信號(hào)采集點(diǎn)盡可能的靠近計(jì)量點(diǎn)附近，其安裝在負(fù)載附近，減少輸電線路的損耗和電壓波動(dòng)。

② 逆變器無功功率控制

逆變器作為光伏電站的核心發(fā)電設(shè)備，其本身也有一定的無功功率控制能力，根據(jù)GB/T 37408-2019《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)要求》，逆變器穩(wěn)態(tài)無功功率輸出范圍應(yīng)滿足以下要求，A類逆變器應(yīng)在所示實(shí)線矩形框內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào)，B類逆變器應(yīng)在所示陰影框內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào)。具備電網(wǎng)無功支撐能力的A類逆變器無功功率輸出范圍宜在虛線矩形框內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào)。

因此我們可以通過調(diào)節(jié)逆變器的功率因數(shù)讓逆變器輸出無功功率，來控制計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)的穩(wěn)定；當(dāng)使用逆變器無功功率控制能力來維持計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)穩(wěn)定時(shí)，需要對(duì)線路進(jìn)行改造：在計(jì)量點(diǎn)處添加電壓、電流采集裝置，連接到控制器，通過控制器計(jì)算線路中的無功需量及功率因數(shù)，控制器通過通訊協(xié)議遙控指揮使逆變器能夠進(jìn)行無功輸出，再通過遙調(diào)指令讓逆變器進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)整，輸出無功功率，維持計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)的穩(wěn)定。

當(dāng)逆變器采用無功功率控制能力來維持計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)穩(wěn)定時(shí)，其輸出功率關(guān)系如圖7所示：

圖7 逆變器輸出功率三角形示意圖

從圖7可以看出逆變器功率因數(shù)由cosφ1→cosφ2變化過程中有功功率P，由BE→CD，變化過程有功功率P損失量為EF；無功功率Q，由AB→AC，變化過程中無功功率Q增加量為BC。因此采用逆變器無功功率控制能力來維持計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)穩(wěn)定是以犧牲光伏有功功率為代價(jià)的，會(huì)導(dǎo)致光伏電站發(fā)電量降低。因此在選擇此方法來維持功率因數(shù)穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)綜合考慮功率因數(shù)不合格所帶來的力調(diào)電費(fèi)考核與損失光伏發(fā)電量收益之間的平衡。

③ 采用具備夜間SVG功能的逆變器

市場(chǎng)上目前已經(jīng)存在具備SVG功能的逆變器，它結(jié)合了逆變器的電能轉(zhuǎn)換功能和SVG的無功功率補(bǔ)償及電壓調(diào)節(jié)能力。

對(duì)于工商業(yè)分布式光伏電站來說，根據(jù)功率因數(shù)的考核辦法，我們可以采用具備SVG功能的逆變器，逆變器白天輸出有功功率，夜間輸出無功功率。

在此條件下：

A（總有功電量）=B（白天有功電量）+C（晚上有功電量）

D（總無功電量）=E（白天供電無功電量）+[ F（夜間無功電量需量）—G（夜間逆變器無功電量）]