中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
前 言
在電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能設(shè)備的接入可能對(duì)電網(wǎng)的功率因數(shù)產(chǎn)生影響，尤其是在某些運(yùn)行場(chǎng)景下可能導(dǎo)致功率因數(shù)降低，這樣會(huì)導(dǎo)致用電企業(yè)功率因數(shù)降低而產(chǎn)生罰款，對(duì)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)收益以及企業(yè)用電來說都是不利的。那么儲(chǔ)能接入為什么會(huì)降低電網(wǎng)功率因數(shù)，應(yīng)該如何處理呢？
一、儲(chǔ)能接入拉低功率因數(shù)的核心原因
功率因數(shù)是衡量電力系統(tǒng)中有功功率占總功率比例的重要指標(biāo)，功率因數(shù) = P/S，其中 P 為有功功率， S 為視在功率。儲(chǔ)能系統(tǒng)接入后功率因數(shù)下降，主要與以下因素相關(guān)：
1. 儲(chǔ)能變流器（PCS）的無功特性
儲(chǔ)能系統(tǒng)通常通過儲(chǔ)能變流器與電網(wǎng)連接。PCS本質(zhì)上是電力電子變流器，其運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生以下問題：
開關(guān)器件的非理想特性：IGBT等開關(guān)器件在換流過程中存在暫態(tài)無功需求，可能導(dǎo)致PCS向電網(wǎng)注入或吸收無功功率。
控制策略的影響：若PCS采用“恒有功功率控制”而未對(duì)無功功率進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，其功率因數(shù)可能偏離1。例如，當(dāng)系統(tǒng)需要快速響應(yīng)有功功率波動(dòng)時(shí)，PCS可能因電流環(huán)帶寬限制而暫態(tài)吸收滯后無功，導(dǎo)致瞬時(shí)功率因數(shù)下降。
諧波污染：PCS的PWM調(diào)制會(huì)產(chǎn)生諧波電流（如5次、7次諧波），諧波電流會(huì)增加系統(tǒng)的視在功率 S ，從而間接降低功率因數(shù)。
2. 儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行模式切換
儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電與放電模式切換時(shí)，可能出現(xiàn)無功功率波動(dòng)：
充電模式：儲(chǔ)能系統(tǒng)相當(dāng)于“感性負(fù)載”，可能吸收滯后無功功率（尤其是電池充電初期，電流較大且相位滯后）。
放電模式：若PCS控制不當(dāng)，可能輸出超前無功功率（如電池放電時(shí)，變流器可能因直流電壓波動(dòng)而進(jìn)入容性工作區(qū)）。
暫態(tài)過程：模式切換時(shí)，PCS的鎖相環(huán)（PLL）可能因電網(wǎng)電壓波動(dòng)而失鎖，導(dǎo)致無功電流失控，短時(shí)拉低功率因數(shù)。
3. 電網(wǎng)阻抗與系統(tǒng)諧振
當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)時(shí)，若電網(wǎng)存在感性阻抗（如長(zhǎng)線路、變壓器漏抗），可能與儲(chǔ)能系統(tǒng)的濾波電容形成LC諧振回路：
諧振會(huì)放大特定頻次的諧波電流，導(dǎo)致無功功率激增，功率因數(shù)惡化。當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出濾波器電容與電網(wǎng)電感在某次諧波頻率下發(fā)生諧振時(shí)，該次諧波電流可能達(dá)到額定電流的數(shù)倍，顯著增加視在功率 S 。
4. 多儲(chǔ)能單元的協(xié)同效應(yīng)
在大規(guī)模儲(chǔ)能電站中，多個(gè)儲(chǔ)能單元（如電池簇）通過并聯(lián)接入電網(wǎng)，可能因以下原因加劇功率因數(shù)問題：
參數(shù)不一致性：各PCS的控制參數(shù)（如PI調(diào)節(jié)器參數(shù)、死區(qū)時(shí)間）略有差異，導(dǎo)致并聯(lián)時(shí)無功電流分配不均，部分單元過載。
環(huán)流問題：并聯(lián)PCS之間可能因電壓相位或幅值差異產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流中包含大量無功成分，進(jìn)一步降低系統(tǒng)整體功率因數(shù)。
二、功率因數(shù)惡化的影響
1. 電網(wǎng)損耗增加：無功功率會(huì)導(dǎo)致輸電線路和變壓器的銅損增加，降低系統(tǒng)效率。
2. 電壓穩(wěn)定性下降：滯后無功功率會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓跌落，尤其在配電網(wǎng)末端，可能影響其他負(fù)載正常運(yùn)行。
3. 電費(fèi)罰款風(fēng)險(xiǎn)：多數(shù)電網(wǎng)公司對(duì)用戶側(cè)功率因數(shù)有考核要求（如低于0.9時(shí)罰款），儲(chǔ)能接入后若功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)，可能增加運(yùn)營(yíng)成本。
4. 設(shè)備壽命縮短：諧波和無功電流會(huì)導(dǎo)致變壓器、電纜等設(shè)備發(fā)熱加劇，加速絕緣老化。
三、功率因數(shù)優(yōu)化的解決方案
針對(duì)儲(chǔ)能接入導(dǎo)致的功率因數(shù)問題，可采用“設(shè)備改進(jìn)+控制優(yōu)化+系統(tǒng)協(xié)同”的綜合策略：
1. 靜止無功發(fā)生器（SVG）
SVG通過電壓源逆變器實(shí)時(shí)生成所需的無功電流（滯后或超前），快速補(bǔ)償儲(chǔ)能系統(tǒng)的無功需求（響應(yīng)時(shí)間可達(dá)ms級(jí)）。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍寬（-1至+1功率因數(shù)），可同時(shí)抑制諧波，適用于高功率波動(dòng)場(chǎng)景（如新能源配儲(chǔ)系統(tǒng)）。
配置方式是在儲(chǔ)能電站并網(wǎng)點(diǎn)加裝集中式SVG，或在各PCS模塊集成分布式小容量SVG，實(shí)現(xiàn)無功就地補(bǔ)償。
2. 儲(chǔ)能變流器（PCS）的控制優(yōu)化
在PCS的控制策略中增加無功功率外環(huán)，通過檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流，實(shí)時(shí)計(jì)算所需無功功率參考值，使PCS主動(dòng)輸出或吸收無功，維持功率因數(shù)為1。
3. 硬件設(shè)計(jì)與參數(shù)匹配
優(yōu)化濾波參數(shù)：根據(jù)電網(wǎng)阻抗特性設(shè)計(jì)PCS濾波器參數(shù)（如電感值、電容值），避開諧振頻率；
選擇高功率因數(shù)器件：采用碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導(dǎo)體器件，降低開關(guān)損耗和無功需求；
分布式儲(chǔ)能的分散補(bǔ)償：對(duì)于分布式儲(chǔ)能（如用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)），可在各儲(chǔ)能單元就地加裝小型無功補(bǔ)償裝置（如晶閘管投切電容器TSC），減少無功在電網(wǎng)中的傳輸。
四、實(shí)施建議
1. 大型儲(chǔ)能電站
采用“逆變器無功控制+SVG動(dòng)態(tài)補(bǔ)償+有源濾波器諧波治理”的組合方案。
2. 用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)（工商業(yè)儲(chǔ)能）
優(yōu)先通過逆變器控制策略優(yōu)化（如設(shè)定固定功率因數(shù)值），配合小型電容器組進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償。
3. 微電網(wǎng)場(chǎng)景
采用下垂控制+自適應(yīng)無功補(bǔ)償，結(jié)合本地負(fù)荷特性動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出，確保離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)穩(wěn)定在0.9以上。
五、結(jié)論
儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)導(dǎo)致功率因數(shù)降低，本質(zhì)上是電力電子設(shè)備的無功特性、諧波污染及系統(tǒng)參數(shù)匹配問題共同作用的結(jié)果。通過動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（如SVG）、PCS控制策略優(yōu)化及電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度等技術(shù)手段，可有效提升功率因數(shù)。
