光伏发电现场“高采低补”无功补偿应用案例

光伏发电现场“高采低补”无功补偿应用案例

一、项目背景

随着国家“双碳”目标的制定，为我国光伏发电行业带来了重大的发展机遇和广阔的前景。国务院发布了关于印发2030年碳达峰行动方案的通知，明确提出到2030年风电太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。

随着分布式光伏发电项目在工商业用户、园区及居民场景的广泛普及，光伏并网发电带来的绿色能源效益日益凸显，但与此同时，光伏系统接入电网后引发的功率因数偏低问题，也成为不少用户面临的共性痛点。光伏发电自身出力特性、电网侧无功负荷匹配失衡等因素，容易导致整体用电回路功率因数不达标，无法满足电力部门的考核标准，进而产生额外的电力功率因数罚款，不仅增加了用户的用电成本，也削弱了光伏发电项目的经济效益，甚至影响电网的稳定高效运行。

二、行业现状

根据《功率因数调整电费办法》的规定，对于一般工业用户，用户每月平均功率因数必须达到0.9以上，否则就会产生电力罚款。目前，工厂普遍使用传统的电容器投切进行无功补偿，在现场没有安装光伏时，由于电网有功电量消耗巨大，尽管电容器补偿存在一定的缺点，会导致剩余一部分无功电量无法完全补偿，但其与电网消耗的有功电量相比，显得无关紧要，仍然能够保证功率因数达到0.9以上。

但是，当现场安装光伏发电后，光伏发电提供大量的有功电量，导致负载从电网消耗的有功电量急剧减少，此时电容补偿剩余的无功电量与电网消耗的有功电量相比，就会显得举足轻重；同时，变压器自身及输电线路也会产生一定的无功功率，使高压侧剩余无功功率进一步增加，导致现场功率因数急剧下降，产生大量的电力罚款，给用户及光伏厂家造成大量损失。

三、“高采低补”解决方案

目前，电力公司一般在高压侧进行电力计量，在统计无功时，不仅包含低压侧负载产生的无功功率，同时也包含变压器及输电线路产生的无功功率。常规的低压侧治理只能对负载产生的无功功率进行补偿，无法对变压器及输电线路产生的无功功率进行有效补偿。

针对光伏发电现场，我们不能忽视变压器及输电线路产生的无功功率，因此我们设计出一套“高采低补”的产品应用方案，即在高压侧进线处进行采样，低压侧进行补偿，从而达到同时补偿高压侧无功和低压侧无功的目的。

相比传统的高压无功补偿装置，“高采低补”方案不仅价格大幅度下降，并且施工安装简单，维护方便。

1、核心设备选择：补偿精度高，响应速度快

对于光伏发电的现场，由于其有功消耗极小，在治理无功时，必须保证极高的补偿精度。传统的电容补偿装置，由于其阶梯型补偿模式以及响应时间问题，无法满足需求，必须使用SVG静止无功发生器进行补偿。

SVG静止无功发生器基于电压型逆变器原理，使用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）来控制逆变交流电压的大小和相位，产生反相的无功补偿电流，与电网中的无功电流相抵消，从而达到无功补偿的目的。由于IGBT的开关频率高达几十kHz，所以SVG可以快速对无功负载进行补偿（≤5ms），同时可以达到非常高的补偿精度（≥99%）。

2、部署方案：高压采样，低压补偿

光伏现场在治理无功时，不仅要补偿低压侧的无功功率，还要考虑变压器及高压电缆产生的无功功率，对高压侧的剩余无功进行治理，这样才能保证功率因数达到合格标准，因此我们必须对高压侧进行采样。高压侧采样有两种方式，分别为高压侧电流直接采样和多功能电表采样。

高压侧电流直接采样：通过直接采样高压侧电流，然后根据变压器型号，设置电压电流相位角，计算出高压侧无功功率，然后在低压侧进行无功补偿。原理图如下：

多功能电表采样：通过在高压侧安装多功能表，采样高压侧二次电压电流信号，计算出无功功率，然后通过RS485通信将无功功率传输给SVG静止无功发生器，由SVG进行无功补偿。原理图如下：

3、安装选型：灵活配置，新旧协同

“高采低补”补偿模式可以和现场原有补偿装置协同使用，补偿容量主要根据高压侧剩余无功功率进行配置。装置安装方式灵活，可以壁挂安装，组柜安装以及集装箱式户外安装等，能够适用各种现场情况。设备安装时，需保证“高采低补”的补偿电流不能被原有的补偿装置采样，这样才能保证原有补偿装置正常运行，“高采低补”装置补偿剩余无功，以较低的成本实现高精度无功补偿。

四、应用成效

上海某新能源科技股份有限公司是一家综合能源服务公司，在节能改造、电力工程、清洁能源发电、多能互补以及微能源网建设等领域积累了丰富的经验。该公司在西安某工厂安装光伏发电装置后，现场功率因数降低，出现了电力罚款的情况，最高时达到一个月罚款1万元以上。

为了解决用户电力罚款的问题，现场采用“高采低补”方案，安装1台200kvar的SVG无功补偿装置，对高压侧无功进行补偿；经过治理后，功率因数得到良好改善，现场未再出现电力罚款的情况。

1、无功功率明显减小

通过高压侧测量数据，我们可以看到治理前现场高压侧无功功率夜间在20kvar左右波动，白天无功功率达到60kvar以上；经过治理后，无功功率明显减小，大部分时间稳定在0kvar左右。

治理前高压侧无功功率

治理后高压侧无功功率

2、功率因数显著提高

经过治理后，查看用户电费单，现场功率因数由0.77上升至0.94，得到显著改善，不仅不再罚款，而且还得到电费奖励。

五、案例总结与推广价值

高采低补无功补偿方案凭借精准适配、高效调控的技术优势，成为破解光伏并网后功率因数偏低问题的核心解决方案。该方案贴合光伏并网后的电网运行特性，采用差异化的采集与补偿策略，精准识别系统无功缺口与负荷波动规律，针对性开展无功功率动态调节，快速补齐无功损耗，高效稳定提升整体功率因数，确保用户用电功率因数持续符合电力部门的考核要求，从根源上杜绝因功率因数不达标导致的电力罚款，切实降低用户的额外运营成本，保障光伏发电项目的收益最大化。

该方案与光伏发电系统具备极强的适配性与协同性，无需对原有光伏设备进行大规模改造，即可实现无缝对接、同步运行，兼具安装便捷、运行稳定、维护简便、投入成本可控、节能效益显著等多重优势。一方面，它能够优化电网电能质量，减少线路无功损耗，提升电网传输效率，保障光伏电力稳定输送；另一方面，它帮助用户规避经济损失，盘活光伏项目的盈利空间，兼顾了用户经济效益与电网运行稳定性，真正实现了绿色发电与合规用电的双向共赢。