關于低壓配電含光伏并網的功率因數說明

時間：2024/7/17閱讀：587

　　一、基礎電氣常識說明：

　　1、視在功率

　　S、有功功率 P、無功功率 Q 視在功率：在交流電路中，電壓與電流的乘積；通常表示用電/供電設備的容量，是一個標量，沒有符號。其基本表達式如下：

　　S=UI

　　有功功率：在交流電路中，電阻元器件上所消耗的功率；有功功率有正負之分，P 為“+”表示設備(或系統)從外界吸收功率，P 為“-”表示設備(或系統)向外界輸出功率。比如發電機、光伏逆變器、風電變流器等工作時的有功功率為“-”，表示其向外輸出功率；而幾乎所有的用電負荷的有功功率均為“+”，表示從外界吸收功率。其基本表達式如下：

　　P=UIcosφ=S*cosφ

　　無功功率：在交流電路中，電感或電容元件與電源之間只進行能量的交換，而不消耗能量。無功功率也有正負之分，Q 為“+”表示感性無功，即電感性負載的電流波形(或相位)滯后電壓；Q 為“-”表示容性無功，即電容性負載的電流波形(或相位)超前電壓。其基本表達式如下：

　　Q=UIsinφ=S*sinφ

　　有功功率、無功功率和視在功率之間的關系如下：

　　S=sqrt(P²+Q²)

　　2、功率因數

　　cosφ 功率因數是指在交流電路中，有功功率對視在功率的比值。其基本表達式如下：

　　cosφ=P/S=P/sqrt(P²+Q²)=1/sqrt(1+(Q/P)²)

　　功率因數的正負號主要表示系統是吸收還是輸出無功功率。當系統輸出無功功率時，功率因數為正；當系統吸收無功功率時，功率因數為負。這種定義與有功功率的方向有關，通常在電力系統中，有功功率的方向決定了功率因數的正負。例如，發電機在向電網輸出無功功率時，其功率因數為正；而當發電機需要從電網中吸收無功功率時，其功率因數為負。

　　此外，功率因數的符號還可以表示負載的屬性，即負號用于表示容性負載，而正號表示感性負載。這通常是在特定的電力系統中，為了方便描述電路的特性而采用的約定。例如，變頻器、整流器、充電樁、開光電源等電力電子非線性負載無功為容性無功，功率因數可用負號“-”表示；傳統的電機或電動機負載為感性無功，功率因數可用正號“+”表示。

　　二、現場功率說明

　　1、現場接線示意圖

　　2、拓撲分析

　　便于分析現場功率情況，將系統拓撲等效一下拓撲：

圖 2-2 系統等效圖

　　現場配電等效圖如圖 2-2 所示，屬于雙電源供電，電源 1 為市電電源，電源 2 為光伏供電。

　　計量點(即多功能表上數據)如圖中紅點所示，計量點有功功率 P1、無功功率 Q1、視在功率 S1 和功率因數的關系如下：

　　計量有功功率：P1=P2+P3

　　計量無功功率：Q1=Q2

　　計量視在功率：S1=sqrt(P1²+Q1²)

　　計量功率因數：Cosφ=P1/S1=P1/sqrt(P1²+Q1²)=1/sqrt(1+(Q1/P1)²)

　　從上面式子可以看出，計量點功率因數 cosφ的符號功率 P1 相關，而 P1 的數值等于負載消耗的有功 P2 與光伏的發電 P3 之和相關。根據第一章的分析，負載是消耗有功，所以 P1 為正值；光伏電源是給負載提供能量，即輸出有功，所以 P3 為負值。光伏發電功率和負載消耗功率都是波動的，所以計量點有功功率 P1 也是在正負值之間波動，從而導致計量點的功率因數正負值之間波動。當發電功率 P3<負載消耗功率 P2 時，計量點有功功率為正，對應的功率因數為正；當發電功率 P3>負載消耗功率 P2 時，計量點有功功率為負，對應的功率因數為負。

　　3、治理原理分析

　　根據計量點功率因數公式：cosφ=1/sqrt(1+(Q1/P1)²)可以看出，功率因數和(Q1/P1)的值反相關，即(Q1/P1)越大，cosφ越小；反之，(Q1/P1) 越小，cosφ越大。(Q1/P1)的等效式如下：

　　Q1/P1=Q2/(P2+P3)

　　從式中可以看到，減少 Q2 或者增加(P2+P3)的值，可以提高瞬時功率因數。顯然，對于分子而言，SVG 的主要作用就是調節 Q2 的值，使負載的無功盡可能的小；對于分母而言，P2 是正值，P3 是負值，要使分母變大，負載有功功率 P2 盡可能的大，同時發電功率 P3 盡可能的小。

　　SVG 調節負載無功功率 Q2 的參數可通過開啟 SVG 裝置和關停 SVG 裝置直接作比較，或者觀察 SVG 的輸出容量，驗證 SVG 裝置對 Q2 的調節作用。

　　負載消耗功率 P2 和光伏發電功率 P3 的分析如下：

　　當 P3 為 0(即光伏沒有發電)功率因數可以顯著提高，如圖 2-3-1 所示。

圖 2-3-1 天陰光伏為發電時記錄

　　當光伏發電功率 P3 大于負載消耗功率 P2 時，功率因數會適當減小，主要取決于 P2 和 P3 差值的大小，如圖 2-3-2 所示：

圖 2-3-2 天晴光伏發電功率大于負載損耗功率時

　　4、經濟性分析

　　如上分析了在光伏輸入的多電源供電系統，單點(市電變壓器計量點)功率因數的提高方法，總結有 3 個方面：

　　①通過 SVG 降低負載 Q2 的有效值；

　　②減小光伏輸出的有功功率 P3 的有效值；

　　③增大負載消耗的有功功率 P2 的有效值。

　　單從經濟性角度分析，消耗負載的有功功率 P2 越大，產生的市電電費費用越高，涉及到生產正常運行，這部分電功率無法主動調節；另外，因為光伏電價小于市電電價，而且光伏倒送地方電力公司也有相應補貼，在條件允許的情況下盡可能的多發電，提高光伏發電功率 P3，可以減小對市電的電費支出。所以從經濟性的角度定性分析(定量分析可通過電費單自行核算)，總結如下 2 點：

　　①負載消耗的有功 P2 越小，經濟性越高；

　　②光伏發電功率 P3 越大，經濟性越高。

　　三、總結

　　通過以上電氣常識介紹、各種功率關系說明、功率因數及其影響因子的定性分析等，最終在經濟性角度確立利益(在含有光伏輸入的情況下，電費單中力率不低于 0.9，力調電費為獎勵)，末端瞬時功率因數(變壓器計量點的 COS φ)數值影響因子較多，變化范圍較廣。建議關注點應該在電力公司每月的力率 (0.9 以上)和力調電費的獎罰比對。

　　綜合以上分析，關于有光伏并網的現場，功率因數和力率關系總結如下：

　　1、功率因數在一定程度上反映了系統有功功率在視在功率里面的占比，在單電源用電系統(僅市電，不含光伏輸入的情況下)里，通過看功率因數就可以評估系統對電網的無功功率的需求。但是，在多電源輸入的情況下(含光伏輸入和市電等)，單從市電功率因數是無法判斷實際系統對無功功率的需求。

　　2、供電公司力率考核中，力率的計算是通過每個月的市電無功電量和有功電量的關系換算力率。所以在含光伏的情況下，關注點在力率，而非瞬時的功率因數。目前這一點是很多光伏并網現場的一個誤區。簡言之，力率是通過電量(累計值)計算的，市電功率因數是通過功率(瞬時值)計算的。

　　3、實際目前關注點應該是系統的無功需量盡可能的由 SVG 或者末端補償裝置提供，讓市電盡可能少提供，這才是核心。

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