今天上海的天氣格外晴朗，下午2點(diǎn)鐘，辦公室的商務(wù)經(jīng)理接到一個(gè)客戶的電話，客戶來(lái)自信陽(yáng)，其問(wèn)題是：我們公司的功率因數(shù)明明是達(dá)標(biāo)的，為什么還是被供電局罰款呢？商務(wù)經(jīng)理問(wèn)到：您這里是功率因數(shù)一直不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致被罰款，還是安裝了什么設(shè)備后導(dǎo)致的結(jié)果呢？

客戶思索了一下，回答到：以前功率因素還行，基本都保持在0.9以上，自從接入光伏發(fā)電系統(tǒng)以后，電網(wǎng)側(cè)計(jì)量點(diǎn)測(cè)量廠區(qū)功率因數(shù)較接入前相比明顯下降，特別是天氣晴朗、日照充足的情況下，光伏發(fā)電量比較大，功率因數(shù)基本在0.6左右，使得企業(yè)力調(diào)電費(fèi)增加。

以上是來(lái)自于公司日常的客戶電話之一，下面我們把問(wèn)題剖析一下：最近幾年，應(yīng)社會(huì)節(jié)能環(huán)保的趨勢(shì)和要求，大力發(fā)展可再生能源來(lái)代替化石能源已經(jīng)成為世界能源轉(zhuǎn)型的潮流。節(jié)能環(huán)保的發(fā)電方式越來(lái)越受到各國(guó)的歡迎。除了水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、海洋溫差發(fā)電等，太陽(yáng)能發(fā)電無(wú)疑是最理想的能源之一。

海洋溫差發(fā)電的示意圖

地?zé)犭p循環(huán)發(fā)電的示意圖

水力發(fā)電的示意圖

風(fēng)力發(fā)電的示意圖

功率因數(shù)目前是電網(wǎng)公司考核電力用戶用電質(zhì)量的一個(gè)重要性指標(biāo)，一般要求達(dá)到0.9以上，不能達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的用戶將會(huì)受到電價(jià)的考核。正因?yàn)檫@個(gè)原因，大多數(shù)用電企業(yè)都會(huì)在配電房安裝功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。這些年來(lái)，分布式光伏電站因?yàn)榭梢猿浞掷媒ㄖ锏捻敳?，不占用建設(shè)用地，且電能能夠就地轉(zhuǎn)換、直接上傳電網(wǎng)，一躍能為新能源中成長(zhǎng)最快的一只主力軍。針對(duì)光伏電站多發(fā)的電能，一部分直接接入用電企業(yè)配電的裝置，讓企業(yè)主使用，另外多余的電能也能饋入電網(wǎng)，不足的當(dāng)然就是由電網(wǎng)再次補(bǔ)充了。

全額上網(wǎng)電表接入方式圖、余電上網(wǎng)電表接入方式圖（左、右）

這種分布式光伏電站，安裝起來(lái)設(shè)備不是很多，線路也比較短，利用逆變器發(fā)出的無(wú)功功率和企業(yè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的調(diào)節(jié)功能，一般都可以滿足正常的功率因數(shù)要求。但是瀚爾爵售后工程人員在眾多現(xiàn)場(chǎng)會(huì)發(fā)現(xiàn)，分布式光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行后總是會(huì)干擾企業(yè)功率因數(shù)，并且光伏電站的發(fā)電功率如果接近企業(yè)用電的負(fù)荷時(shí)，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的精度影響達(dá)到高點(diǎn)。嚴(yán)重時(shí)，可以引起無(wú)功補(bǔ)償裝置退出正常運(yùn)行，導(dǎo)致功率因數(shù)低于0.85，從而被供電局因?yàn)榱φ{(diào)電費(fèi)而罰款。

接到電話的第二天，公司立刻安排相關(guān)售后人員第一時(shí)間趕往現(xiàn)場(chǎng)，做如下檢查：

1、打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜門后發(fā)現(xiàn)，一些補(bǔ)償設(shè)備的可控硅投切開(kāi)關(guān)都已經(jīng)燒毀，相應(yīng)的補(bǔ)償容量減弱；

2、風(fēng)扇系統(tǒng)由于長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，未檢修到位，導(dǎo)致補(bǔ)償柜的風(fēng)扇已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞；

3、當(dāng)配電系統(tǒng)中一切設(shè)備工作時(shí)，電力儀表中顯示的有功功率會(huì)隨著光伏系統(tǒng)的功率增大而減小，從而使得整個(gè)系統(tǒng)中功率因數(shù)變小；

4、將光伏系統(tǒng)退出后，電力儀表顯示的有功功率增加，無(wú)功功率變化較小，功率因數(shù)在0.9左右徘徊。

通過(guò)以上檢查發(fā)現(xiàn)，該業(yè)主使用的PQC功率因數(shù)控制器采樣點(diǎn)在企業(yè)變壓器低壓側(cè)斷路器下進(jìn)線側(cè)，計(jì)量CT之前，采樣的方式為：?jiǎn)蜗嚯妷?、電流方向采樣，采樣點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)=電網(wǎng)側(cè)輸入功率P1+廠房用電負(fù)荷P2-光伏發(fā)電量P3。

在接入光伏發(fā)電系統(tǒng)前，當(dāng)廠房用電負(fù)荷P2增加時(shí)，電網(wǎng)側(cè)輸入功率P1也增加，相應(yīng)的控制器投運(yùn)電容電抗器組，功率因數(shù)能達(dá)標(biāo)。在接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后，廠區(qū)內(nèi)負(fù)荷基本由光伏發(fā)電量P3供應(yīng)。在中午日照最充足時(shí)，基本還會(huì)有倒送電的情況。這樣一來(lái)，原功率因數(shù)控制器采樣點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)變小，或者采樣到的數(shù)據(jù)在負(fù)方向倒送，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備無(wú)法及時(shí)投運(yùn)，導(dǎo)致力調(diào)電費(fèi)產(chǎn)生。

客戶新增光伏并網(wǎng)柜的排列圖

該企業(yè)主用戶位于該市的工業(yè)園區(qū)，考慮到光伏的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在工廠屋頂全部安裝了分布式光伏電站。以380V電壓等級(jí)接入用戶內(nèi)部電網(wǎng)和公網(wǎng)，采用傳統(tǒng)的“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的模式運(yùn)行。屋頂鋪設(shè)容量為400kWp的光伏組件，通過(guò)逆變器、交流匯流箱后直接接入廠區(qū)低壓配電房380V的母線。廠區(qū)配電房380V電壓母線配置8*30kVar的電容器組。接線圖如下圖所示：

業(yè)主配電系統(tǒng)的主接線圖

售后工程師給該業(yè)主的電氣管理人員提供了三個(gè)改造方案：

第一、更換成瀚爾爵HDA-PQC/P系列的四象限功率因數(shù)控制器，通過(guò)測(cè)量雙向的有功功率、無(wú)功功率數(shù)據(jù)，從而計(jì)算出四個(gè)象限的有功、無(wú)功功率，實(shí)時(shí)計(jì)算出負(fù)載在光伏發(fā)電充足和不足時(shí)，需要從電網(wǎng)側(cè)吸收的功率因數(shù)的值，從而可以更加精準(zhǔn)的投切補(bǔ)償電容器組。

四象限無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑韴D

第二、在光伏接入側(cè)加裝采樣CT，通過(guò)改造二次回路，將電網(wǎng)側(cè)輸入功率和光伏輸入功率的采樣信號(hào)并聯(lián)后，一起接入無(wú)功補(bǔ)償控制器。大大提高了無(wú)功補(bǔ)償控制器運(yùn)行的精準(zhǔn)度和靈活性。有一點(diǎn)需要注意，加裝的CT要選擇合適的變比，以最大負(fù)荷電流乘以1.2-1.3的可靠系數(shù)作為CT一次電流來(lái)選擇。最后別忘記更新功率因數(shù)中CT變比的值，否則會(huì)影響功率因數(shù)采樣的精度。

功率因數(shù)控制器采樣原理圖

第三、對(duì)企業(yè)配電房的光伏接入側(cè)電纜進(jìn)行整改，將光伏接入電纜接入點(diǎn)移至企業(yè)變壓器電壓側(cè)斷路器下進(jìn)線側(cè)，無(wú)功補(bǔ)償裝置控制器采樣點(diǎn)位置不變。改造后的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)=電網(wǎng)側(cè)輸入功率P1+光伏發(fā)電量P3-廠房用電負(fù)荷P2。

改造后的配電系統(tǒng)接線圖

值得注意的是，將光伏接入點(diǎn)直接接入企業(yè)變壓器低壓側(cè)，該方案可以從本質(zhì)上解決功率因數(shù)降低的問(wèn)題。但是此改造需要企業(yè)停電，在大修或者日常停電運(yùn)維時(shí)可以實(shí)行。

最終客戶還是選擇了最后一種改造方案，一勞永逸。由于光伏發(fā)電是動(dòng)態(tài)變化的，加上用戶的負(fù)荷時(shí)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生變化。采樣線路不改造，會(huì)導(dǎo)致無(wú)功補(bǔ)償控制器無(wú)法采集到真實(shí)的數(shù)據(jù)。為了確保無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備正常投運(yùn)，保證總進(jìn)線處的功率因數(shù)達(dá)到供電局要求，需要根據(jù)企業(yè)主的實(shí)際情況采取不同的解決方案。

線路改造后客戶電表顯示功率因數(shù)達(dá)標(biāo)圖