中國儲能網(wǎng)訊：
前 言
在電力系統(tǒng)中，儲能設備的接入可能對電網(wǎng)的功率因數(shù)產(chǎn)生影響，尤其是在某些運行場景下可能導致功率因數(shù)降低，這樣會導致用電企業(yè)功率因數(shù)降低而產(chǎn)生罰款，對儲能的經(jīng)濟收益以及企業(yè)用電來說都是不利的。那么儲能接入為什么會降低電網(wǎng)功率因數(shù)，應該如何處理呢？
一、儲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，功率因數(shù) = P/S，其中 P 為有功功率， S 為視在功率。儲能系統(tǒng)接入后功率因數(shù)下降，主要與以下因素相關：
1. 儲能變流器（PCS）的無功特性
儲能系統(tǒng)通常通過儲能變流器與電網(wǎng)連接。PCS本質上是電力電子變流器，其運行時可能產(chǎn)生以下問題：
開關器件的非理想特性：IGBT等開關器件在換流過程中存在暫態(tài)無功需求，可能導致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”而未對無功功率進行閉環(huán)調節(jié)，其功率因數(shù)可能偏離1。例如，當系統(tǒng)需要快速響應有功功率波動時，PCS可能因電流環(huán)帶寬限制而暫態(tài)吸收滯后無功，導致瞬時功率因數(shù)下降。
諧波污染：PCS的PWM調制會產(chǎn)生諧波電流（如5次、7次諧波），諧波電流會增加系統(tǒng)的視在功率 S ，從而間接降低功率因數(shù)。
2. 儲能系統(tǒng)的運行模式切換
儲能系統(tǒng)在充電與放電模式切換時，可能出現(xiàn)無功功率波動：
充電模式：儲能系統(tǒng)相當于“感性負載”，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，可能輸出超前無功功率（如電池放電時，變流器可能因直流電壓波動而進入容性工作區(qū)）。
暫態(tài)過程：模式切換時，PCS的鎖相環(huán)（PLL）可能因電網(wǎng)電壓波動而失鎖，導致無功電流失控，短時拉低功率因數(shù)。
3. 電網(wǎng)阻抗與系統(tǒng)諧振
當儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)時，若電網(wǎng)存在感性阻抗（如長線路、變壓器漏抗），可能與儲能系統(tǒng)的濾波電容形成LC諧振回路：
諧振會放大特定頻次的諧波電流，導致無功功率激增，功率因數(shù)惡化。當儲能系統(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，該次諧波電流可能達到額定電流的數(shù)倍，顯著增加視在功率 S 。
4. 多儲能單元的協(xié)同效應
在大規(guī)模儲能電站中，多個儲能單元（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調節(jié)器參數(shù)、死區(qū)時間）略有差異，導致并聯(lián)時無功電流分配不均，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：無功功率會導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：滯后無功功率會導致電網(wǎng)電壓跌落，尤其在配電網(wǎng)末端，可能影響其他負載正常運行。
3. 電費罰款風險：多數(shù)電網(wǎng)公司對用戶側功率因數(shù)有考核要求（如低于0.9時罰款），儲能接入后若功率因數(shù)不達標，可能增加運營成本。
4. 設備壽命縮短：諧波和無功電流會導致變壓器、電纜等設備發(fā)熱加劇，加速絕緣老化。
三、功率因數(shù)優(yōu)化的解決方案
針對儲能接入導致的功率因數(shù)問題，可采用“設備改進+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時生成所需的無功電流（滯后或超前），快速補償儲能系統(tǒng)的無功需求（響應時間可達ms級）。動態(tài)調節(jié)范圍寬（-1至+1功率因數(shù)），可同時抑制諧波，適用于高功率波動場景（如新能源配儲系統(tǒng)）。
配置方式是在儲能電站并網(wǎng)點加裝集中式SVG，或在各PCS模塊集成分布式小容量SVG，實現(xiàn)無功就地補償。
2. 儲能變流器（PCS）的控制優(yōu)化
在PCS的控制策略中增加無功功率外環(huán)，通過檢測并網(wǎng)點電壓和電流，實時計算所需無功功率參考值，使PCS主動輸出或吸收無功，維持功率因數(shù)為1。
3. 硬件設計與參數(shù)匹配
優(yōu)化濾波參數(shù)：根據(jù)電網(wǎng)阻抗特性設計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）等寬禁帶半導體器件，降低開關損耗和無功需求；
分布式儲能的分散補償：對于分布式儲能（如用戶側光儲系統(tǒng)），可在各儲能單元就地加裝小型無功補償裝置（如晶閘管投切電容器TSC），減少無功在電網(wǎng)中的傳輸。
四、實施建議
1. 大型儲能電站
采用“逆變器無功控制+SVG動態(tài)補償+有源濾波器諧波治理”的組合方案。
2. 用戶側儲能系統(tǒng)（工商業(yè)儲能）
優(yōu)先通過逆變器控制策略優(yōu)化（如設定固定功率因數(shù)值），配合小型電容器組進行靜態(tài)無功補償。
3. 微電網(wǎng)場景
采用下垂控制+自適應無功補償，結合本地負荷特性動態(tài)調節(jié)無功輸出，確保離網(wǎng)運行時功率因數(shù)穩(wěn)定在0.9以上。
五、結論
儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)導致功率因數(shù)降低，本質上是電力電子設備的無功特性、諧波污染及系統(tǒng)參數(shù)匹配問題共同作用的結果。通過動態(tài)無功補償裝置（如SVG）、PCS控制策略優(yōu)化及電網(wǎng)協(xié)同調度等技術手段，可有效提升功率因數(shù)。
