分布式光伏电站对变电所功率因数影响的研究与分析

1. 分布式光伏电站功率因数低的原因分析

1.1 光伏组件的影响

组件转换效率下降：光伏组件在长期运行过程中，受到灰尘、雪、污物长期附着，鸟粪、树叶等遮挡，且由于光伏电站建设的位置不同，附近建筑物、高大设备和植物均会产生阴影，从而部分或全部遮盖住光辐照测量仪，尤其在太阳位置较低时，物体产生的阴影更长，覆盖面积更大，以及组件老化等因素的影响，导致转换效率下降，从而影响功率因数。

组件温度升高：温度对光伏组件的作用主要是对太阳能电池片效率性能的影响，组件特性参数中功率温度系数是一个负值，说明当光伏组件处于低温状态时的发电效率就会提高。这是因为温度低输出电压升高，电流减少，发电量增加，因此在低温环境中组件发电初始 PR 值会较高，而当其工作一段时间后，随着温度的提高，其效率也就逐渐下降。当环境温度升高时，光伏组件的温度也会相应升高，使其性能下降，输出功率减少，进而导致功率因数降低。

1.2 逆变器的影响

逆变器转换效率：光伏发电的输出功率高度依赖光照强度，而光照条件（如云层飘过）是动态变化的，这要求逆变器必须能够快速跟踪最大功率点（MPPT）并调整其输出功率。若逆变器转换效率较低，则会导致整个发电系统的功率因数降低。逆变器响应速度：逆变器对光照变化的响应速度影响发电系统的功率因数，响应速度较快的逆变器能够迅速适应光照变化，减少有功功率输出与可用功率或电网需求的失配时间，从而降低因功率波动引发的无功补偿需求，有利于保持系统功率因数的稳定性和高水平。响应速度较慢的逆变器在光照强度变化时，无法迅速调整输出功率，从而导致功率因数降低。因此，在选择和评估光伏逆变器时，其转换效率和动态响应速度是保障系统高效、稳定运行并维持良好功率因数（满足电网要求）的关键性能指标。

1.3 电网接入条件的影响

电压不平衡：分布式光伏电站并网运行时，若电网电压不平衡，可能导致发电系统的功率因数降低。分布式光伏电站是电力系统的一部分，其运行受到电力系统稳定性的影响。如果电力系统不稳定，可能会导致电站的功率因数波动，甚至降低。分布式光伏电站的电力需要通过输电线路输送到电力网络中，在这个过程中，线路的电阻和电感会导致功率损失，从而影响到电站的功率因数。特别是在长距离输电的情况下，线路损耗会更加明显[1]。

1.4 运维管理不善的影响

清洗保养不到位：分布式光伏电站的组件长时间未清洗，灰尘等杂质影响光照射，导致发电量减少，进而降低功率因数。设备故障：光伏电站设备故障未及时排除，可能导致发电系统运行不稳定，影响功率因数。

1.5 环境因素的影响

光照强度：光照强度是影响光伏电站发电量和功率因数的关键因素，光伏板的输出功率随着吸收的辐照强度变强而增加。太阴天、雾霾等低光照条件下，光伏电站的发电量和功率因数均会降低。温度：温度对光伏组件的性能有很大影响，气温一定程度的升高，光伏组件的输出发电量就会有所减少，在实际光伏系统中，除了光伏电池，包括逆变器在内的其他组件也会收到温度影响，进而影响光伏输出。过高或过低的温度都会导致组件性能下降，从而影响功率因数。

2. 解决分布式光伏电站功率因数的措施

2.1 提高转换效率

选用高转换效率的光伏组件提高光伏组件的转换效率，是提高功率因数的关键因素。选用高转换效率的太阳能电池组件，可以有效提高光伏发电系统的功率因数。此外，定期清洗光伏组件，去除灰尘、鸟粪等杂质，提高光照照射效果，也有助于提高功率因数。

2.2 选用优质的逆变器

逆变器是分布式光伏电站的重要设备，其作用是将光伏组件产生的直流电转化为交流电。在配置逆变器时，应考虑其额定输出功率和输入电压范围是否满足实际需要。逆变器是将直流电转换为交流电的关键设备，其性能直接影响光伏发电系统的功率因数。选用高品质、高转换效率的逆变器，可以有效提高系统的功率因数。此外，逆变器的响应速度也是影响功率因数的重要因素。选择响应速度快、调节精度高的逆变器，有利于提高系统的功率因数[2]。

2.3 优化并网接入条件

为提升光伏电站并网性能与功率因数，可通过以下几个方面考虑采取综合措施。维持并网点电压平衡：严格监控并控制光伏系统接入点的三相电压平衡，减少电压不平衡度，从而降低其对系统功率因数的不利影响。增强电力系统稳定性：提升系统惯性。通过配置储能系统或利用具有快速响应能力的资源（如虚拟同步发电机技术），增强系统抵御扰动的能力。优化负荷响应：部署需求侧响应策略，提高负荷对系统频率和电压变化的调节速度。优化输电线路设计与布局：核心目标是最大限度降低线路电阻和感抗造成的有功损耗和无功损耗。可选用截面积更大（降低电阻）或导电率更高（如特定铝合金）的导线；优化线路路径以缩短长度；合理配置无功补偿点以抵消线路感抗产生的无功需求。

2.4 加强运维管理定期清洗保养

为提升光伏电站发电效率，需制定科学的组件清洗计划，定期清除灰尘、污垢，保障充足光照入射。强化设备巡检维护，对逆变器、汇流箱、线路等关键设备进行定期检查与预防性维护，及时发现并排除隐患，保障系统稳定运行。优化实时发电调度策略，结合辐照度、温度、电网负荷等动态因素，智能调整出力，最大化系统运行效率与收益 [3]。

2.5 采用无功补偿设备

在分布式光伏发电系统中，有效提升功率因数的关键技术手段之一是合理配置并应用无功补偿设备，如并联电容器组、电抗器（电感器）或更先进的静止无功发生器（SVG）等。这些设备的核心作用在于对系统无功功率进行动态管理与补偿。在分布式光伏电站中，必须根据实际的负荷特性（感性 / 容性比例）、光伏出力特性、电网接入点要求以及系统背景谐波水平等因素，进行精确计算和仿真分析，科学地确定无功补偿装置的类型、容量、安装位置和控制策略，确保其既能有效提升功率因数至目标值，又能安全、稳定、高效地运行，避免过度补偿带来的负面影响。这是保障光伏电站高效并网运行和电网安全稳定的重要技术环节。

2.6 优化控制系统

分布式光伏控制系统采用智能控制算法，可以根据光伏电源的运行状态和环境参数进行自动调节。例如，在光照强度变化时，系统可以自动调节光伏电源的工作状态，实现对分布式光伏发电系统的实时监控和远程控制，保持光伏电站的稳定运行。

2.7 制定优化算法

根据光伏发电系统的实际运行情况，分布式光伏控制系统可以实现对光伏电源运行数据的实时采集和分析，制定优化算法。通过对数据的分析，可以优化控制系统的参数，提高光伏电站的运行效率。优化控制算法可以提高系统的响应速度和稳定性，例如，通过使用动态调度算法，系统可以根据实际的太阳能条件自动调整光伏阵列的输出功率数据分析还可以帮助运维人员及时发现潜在问题，预防故障的发生。

结束语

综上所述，解决分布式光伏电站功率因数低的问题，需要从多个方面综合考虑。通过选用高转换效率的光伏组件、优质的逆变器，优化并网接入条件，加强运维管理，采用无功补偿设备，优化控制系统以及政策引导等措施，可以有效提高分布式光伏电站的功率因数，确保电站稳定运行和电网安全。

参考文献

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

[2] 严梓宁 . 探讨分布式电源光伏发电对低压电网的影响及对策 . 数码设计（上 ），2021，10（4：129.

[3] 潜丽光 . 刘亚民 . 分布式光伏并网对低压配电网的影响研究 . 电子质量，2021（12：161- 163.