中国储能网讯：
前 言
在电力系统中，储能设备的接入可能对电网的功率因数产生影响，尤其是在某些运行场景下可能导致功率因数降低，这样会导致用电企业功率因数降低而产生罚款，对储能的经济收益以及企业用电来说都是不利的。那么储能接入为什么会降低电网功率因数，应该如何处理呢？
一、储能接入拉低功率因数的核心原因
功率因数是衡量电力系统中有功功率占总功率比例的重要指标，功率因数 = P/S，其中 P 为有功功率， S 为视在功率。储能系统接入后功率因数下降，主要与以下因素相关：
1. 储能变流器（PCS）的无功特性
储能系统通常通过储能变流器与电网连接。PCS本质上是电力电子变流器，其运行时可能产生以下问题：
开关器件的非理想特性：IGBT等开关器件在换流过程中存在暂态无功需求，可能导致PCS向电网注入或吸收无功功率。
控制策略的影响：若PCS采用“恒有功功率控制”而未对无功功率进行闭环调节，其功率因数可能偏离1。例如，当系统需要快速响应有功功率波动时，PCS可能因电流环带宽限制而暂态吸收滞后无功，导致瞬时功率因数下降。
谐波污染：PCS的PWM调制会产生谐波电流（如5次、7次谐波），谐波电流会增加系统的视在功率 S ，从而间接降低功率因数。
2. 储能系统的运行模式切换
储能系统在充电与放电模式切换时，可能出现无功功率波动：
充电模式：储能系统相当于“感性负载”，可能吸收滞后无功功率（尤其是电池充电初期，电流较大且相位滞后）。
放电模式：若PCS控制不当，可能输出超前无功功率（如电池放电时，变流器可能因直流电压波动而进入容性工作区）。
暂态过程：模式切换时，PCS的锁相环（PLL）可能因电网电压波动而失锁，导致无功电流失控，短时拉低功率因数。
3. 电网阻抗与系统谐振
当储能系统接入配电网时，若电网存在感性阻抗（如长线路、变压器漏抗），可能与储能系统的滤波电容形成LC谐振回路：
谐振会放大特定频次的谐波电流，导致无功功率激增，功率因数恶化。当储能系统的输出滤波器电容与电网电感在某次谐波频率下发生谐振时，该次谐波电流可能达到额定电流的数倍，显著增加视在功率 S 。
4. 多储能单元的协同效应
在大规模储能电站中，多个储能单元（如电池簇）通过并联接入电网，可能因以下原因加剧功率因数问题：
参数不一致性：各PCS的控制参数（如PI调节器参数、死区时间）略有差异，导致并联时无功电流分配不均，部分单元过载。
环流问题：并联PCS之间可能因电压相位或幅值差异产生环流，环流中包含大量无功成分，进一步降低系统整体功率因数。
二、功率因数恶化的影响
1. 电网损耗增加：无功功率会导致输电线路和变压器的铜损增加，降低系统效率。
2. 电压稳定性下降：滞后无功功率会导致电网电压跌落，尤其在配电网末端，可能影响其他负载正常运行。
3. 电费罚款风险：多数电网公司对用户侧功率因数有考核要求（如低于0.9时罚款），储能接入后若功率因数不达标，可能增加运营成本。
4. 设备寿命缩短：谐波和无功电流会导致变压器、电缆等设备发热加剧，加速绝缘老化。
三、功率因数优化的解决方案
针对储能接入导致的功率因数问题，可采用“设备改进+控制优化+系统协同”的综合策略：
1. 静止无功发生器（SVG）
SVG通过电压源逆变器实时生成所需的无功电流（滞后或超前），快速补偿储能系统的无功需求（响应时间可达ms级）。动态调节范围宽（-1至+1功率因数），可同时抑制谐波，适用于高功率波动场景（如新能源配储系统）。
配置方式是在储能电站并网点加装集中式SVG，或在各PCS模块集成分布式小容量SVG，实现无功就地补偿。
2. 储能变流器（PCS）的控制优化
在PCS的控制策略中增加无功功率外环，通过检测并网点电压和电流，实时计算所需无功功率参考值，使PCS主动输出或吸收无功，维持功率因数为1。
3. 硬件设计与参数匹配
优化滤波参数：根据电网阻抗特性设计PCS滤波器参数（如电感值、电容值），避开谐振频率；
选择高功率因数器件：采用碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件，降低开关损耗和无功需求；
分布式储能的分散补偿：对于分布式储能（如用户侧光储系统），可在各储能单元就地加装小型无功补偿装置（如晶闸管投切电容器TSC），减少无功在电网中的传输。
四、实施建议
1. 大型储能电站
采用“逆变器无功控制+SVG动态补偿+有源滤波器谐波治理”的组合方案。
2. 用户侧储能系统（工商业储能）
优先通过逆变器控制策略优化（如设定固定功率因数值），配合小型电容器组进行静态无功补偿。
3. 微电网场景
采用下垂控制+自适应无功补偿，结合本地负荷特性动态调节无功输出，确保离网运行时功率因数稳定在0.9以上。
五、结论
储能系统接入电网导致功率因数降低，本质上是电力电子设备的无功特性、谐波污染及系统参数匹配问题共同作用的结果。通过动态无功补偿装置（如SVG）、PCS控制策略优化及电网协同调度等技术手段，可有效提升功率因数。
