前  言

随着新能源大力发展，储能系统已成为电力系统调峰、调频及稳定控制的核心装备。功率因数作为衡量储能系统能量转换效率与电网交互特性的关键指标，其高低直接影响储能系统的并网性能、设备损耗及运行经济性。而合理的无功补偿方式则是优化功率因数、提升储能系统与电网协同运行能力的核心手段。

一、功率因数的分类

（1）瞬时功率因数

瞬时功率因数可由功率因数表(相位表)直接读出，也可以用瞬间测取的有功功率表电压表、电流表的读数计算得到，即

cosΨ=P/√3UI 

式中，P为功率表测出的三相功率读数（kW）;U为电压表测出的线电压读数（kV);I为电流表测出的线电流读数（A)。

瞬时功率因数可用来了解和分析工厂或设备在生产过程中某一时刻的功率因数值，借以了解无功功率变化情况，研究是否需要和如何进行无功补偿的问题。

（2）平均功率因数

平均功率因数又称为加权平均功率因数。依据记录企业用电量的有功电能表及无功电能表每月积累的数字,可计算月平均功率因数，即

cosΨ=Wp/√W2p+W2q

式中，Wp为某一段时间（通常取一个月）内消耗的有功电能（kWh),由有功电能表读取。Wq为某一段时间内消耗的无功电能（kvarh），由无功电能表读取

月平均功率因数是电力部门每月向企业收取电费时作为调整收费标准的依据。如果平均功率因数高于规定值，就减收电费，而低于规定值，则要加收电费，以鼓励用户积极提高功率因数，降低电能损耗。

（3）最大负荷时的功率因数

最大负荷时的功率因数是指在最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，即

cosΨ=P30/S30

在《供电营业规则》中规定:“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定:100kVA级以上高压供电的用户功率因数为0.90以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。”并规定，凡功率因数未达到上述规定的，应增加无功补偿装置般采取并联电容器进行补偿。这里所指的功率因数即为最大负荷时的功率因数。

二、储能系统中功率因数降低的原因

储能系统的功率因数并非单一固定值，其随运行工况、设备特性及电网需求动态变化。基于无功功率的产生原因与储能系统的运行状态，可将其分为以下维度：

（1）功率变换系统（PCS）的固有特性：PCS是储能与电网交互的核心，采用脉宽调制（PWM）技术实现充放电转换时，开关器件的高频动作会产生谐波电流，谐波与基波电压作用形成“谐波无功”，拉低总功率因数；同时，PCS内部的电力电子开关工作时，本身也会消耗一定的容性或感性无功，导致功率因数偏离1。

（2）系统内感性元件的无功消耗：储能系统中存在变压器（如PCS与电网间的并网变压器）、滤波电感（抑制谐波用）等感性元件，这些元件运行时需消耗感性无功建立磁场，导致电流滞后于电压，使电网侧功率因数呈滞后性降低，尤其在储能满功率充放电时，这类感性无功消耗更显著。

（3）特定运行工况的放大效应：当储能处于待机状态（仅维持设备通电、无充放电）或低功率充放电工况时，系统输出/消耗的有功功率极小，但变压器、PCS等部件的无功消耗基本固定，此时无功功率占视在功率的比例大幅上升，直接导致功率因数急剧降低（可能低至0.3-0.6）。 

三、储能系统中的无功补偿方式

无功补偿装置类型很多,目前广泛应用的有静止电容器、静止补偿器和静止无功发生器等。装设这些装置的主要目的是平衡电网的无功功率，改善输配电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电所主变压器和供配电线路的无功损耗。

（1）静止电容器 无功补偿静止电容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内外应用较为广泛。静止电容器与电路中感性负荷并联，补偿线路和感性负荷所需要的无功功率。采用电容器进行无功补偿,一次性投资和运行费用都比较低，且安装调试简单、损耗低、效率高，是目前国内外电力系统中常用的补偿方法。

但是并联电容器供给的无功功率与所在节点电压的二次方成正比，当节点电压下降,需要增加无功功率时，其供给系统的无功功率反而减小。从补偿效果上说，系统电压变动时，并联电容器补偿效果不理想。同时电容器无功功率的调节性能比较差，投入切出过程分组进行,不能连续平滑的调节电压。

（2）静止无功补偿装置（SVC) 是指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器，以及这两者的混合装置等。它由静止电容器和电抗器组成，电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率， 两者结合起来再配以调控电抗器的电力电子调节装置，就成为能够平滑改变输出或吸收无功功率的静止补偿器。

与静止电容器相比，静止补偿器能平滑调节无功功率，克服了电容器作为无功补偿调节不连续的缺点，还能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击性负荷有较强的适应性。目前，静止型动态无功补偿装置（SVC)在冶金、电气化铁路、煤炭等工业领域已广泛使用，它有效抑制了用户大型电动机等负荷在频繁启动中对电网所产生的无功冲击，电能质量明显提高。

（3）静止无功发生器（SVG) 随着电力电子技术进一步发展，出现了采用自变换变流电路的静止无功补偿装置，即静止无功发生器（SVG），或称为静止同步补偿器。在SVG中采用全控型器件（CTO或ICBT），通过控制交流侧电压幅值和相位来改变交流侧电流的幅值和相位，实现交流侧电流相位超前或者滞后电网电压相位的作用，完成发出无功功率或者吸收无功功率的功能。静止无功发生器(SVG)具有响应速度快、吸收无功连续、产生的高次谐波量小等优点,代表着无功补偿技术的发展方向。

SVC 和SVG都是动态无功补偿装置，不但可以补偿感性无功，而且可以补偿容性无功，补偿的跟随性能好，可以实现一个正弦波周期内做出响应。