关于低压配电含光伏并网的功率因数说明

一、基础电气常识说明：

1、视在功率S、有功功率P、无功功率Q

视在功率：在交流电路中，电压与电流的乘积；通常表示用电/供电设备的容量，是一个标量，没有符号。其基本表达式如下：

S=UI

有功功率：在交流电路中，电阻元器件上所消耗的功率；有功功率有正负之分，P为“+”表示设备（或系统）从外界吸收功率，P为“-”表示设备（或系统）向外界输出功率。比如发电机、光伏逆变器、风电变流器等工作时的有功功率为“-”，表示其向外输出功率；而几乎所有的用电负荷的有功功率均为“+”，表示从外界吸收功率。其基本表达式如下：

P=UIcosφ=S*cosφ

无功功率：在交流电路中，电感或电容元件与电源之间只进行能量的交换，而不消耗能量。无功功率也有正负之分，Q为“+”表示感性无功，即电感性负载的电流波形（或相位）滞后电压；Q为“-”表示容性无功，即电容性负载的电流波形（或相位）超前电压。其基本表达式如下：

Q=UIsinφ=S*sinφ

有功功率、无功功率和视在功率之间的关系如下：

S=sqrt（P²+Q²）

2、功率因数cosφ

功率因数是指在交流电路中，有功功率对视在功率的比值。其基本表达式如下：

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

功率因数的正负号主要表示系统是吸收还是输出无功功率。当系统输出无功功率时，功率因数为正；当系统吸收无功功率时，功率因数为负。这种定义与有功功率的方向有关，通常在电力系统中，有功功率的方向决定了功率因数的正负。例如，发电机在向电网输出无功功率时，其功率因数为正；而当发电机需要从电网中吸收无功功率时，其功率因数为负。

此外，功率因数的符号还可以表示负载的属性，即负号用于表示容性负载，而正号表示感性负载。这通常是在特定的电力系统中，为了方便描述电路的特性而采用的约定。例如，变频器、整流器、充电桩、开光电源等电力电子非线性负载无功为容性无功，功率因数可用负号“-”表示；传统的电机或电动机负载为感性无功，功率因数可用正号“+”表示。

1. 现场功率说明
2. 现场接线示意图

1. 拓扑分析

便于分析现场功率情况，将系统拓扑等效一下拓扑：

图2-2系统等效图

现场配电等效图如图2-2所示，属于双电源供电，电源1为市电电源，电源2为光伏供电。

计量点（即多功能表上数据）如图中红点所示，计量点有功功率P1、无功功率Q1、视在功率S1和功率因数的关系如下：

计量有功功率：P1=P2+P3

计量无功功率：Q1=Q2

计量视在功率：S1=sqrt（P1²+Q1²）

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

从上面式子可以看出，计量点功率因数cosφ的符号功率P1相关，而P1的数值等于负载消耗的有功P2与光伏的发电P3之和相关。根据第一章的分析，负载是消耗有功，所以P1为正值；光伏电源是给负载提供能量，即输出有功，所以P3为负值。光伏发电功率和负载消耗功率都是波动的，所以计量点有功功率P1也是在正负值之间波动，从而导致计量点的功率因数正负值之间波动。当发电功率P3＜负载消耗功率P2时，计量点有功功率为正，对应的功率因数为正；当发电功率P3＞负载消耗功率P2时，计量点有功功率为负，对应的功率因数为负。

1. 治理原理分析

根据计量点功率因数公式：cosφ=1/sqrt（1+（Q1/P1）²）可以看出，功率因数和（Q1/P1）的值反相关，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）

从式中可以看到，减少Q2或者增加（P2+P3）的值，可以提高瞬时功率因数。显然，对于分子而言，SVG的主要作用就是调节Q2的值，使负载的无功尽可能的小；对于分母而言，P2是正值，P3是负值，要使分母变大，负载有功功率P2尽可能的大，同时发电功率P3尽可能的小。

SVG调节负载无功功率Q2的参数可通过开启SVG装置和关停SVG装置直接作比较，或者观察SVG的输出容量，验证SVG装置对Q2的调节作用。

负载消耗功率P2和光伏发电功率P3的分析如下：

当P3为0（即光伏没有发电）功率因数可以显著提高，如图2-3-1所示。

图2-3-1天阴光伏为发电时记录

当光伏发电功率P3大于负载消耗功率P2时，功率因数会适当减小，主要取决于P2和P3差值的大小，如图2-3-2所示：

图2-3-2天晴光伏发电功率大于负载损耗功率时

1. 经济性分析

如上分析了在光伏输入的多电源供电系统，单点（市电变压器计量点）功率因数的提高方法，总结有3个方面：

①通过SVG降低负载Q2的有效值；

②减小光伏输出的有功功率P3的有效值；

③增大负载消耗的有功功率P2的有效值。

单从经济性角度分析，消耗负载的有功功率P2越大，产生的市电电费费用越高，涉及到生产正常运行，这部分电功率无法主动调节；另外，因为光伏电价小于市电电价，而且光伏倒送地方电力公司也有相应补贴，在条件允许的情况下尽可能的多发电，提高光伏发电功率P3，可以减小对市电的电费支出。所以从经济性的角度定性分析（定量分析可通过电费单自行核算），总结如下2点：

①负载消耗的有功P2越小，经济性越高；

②光伏发电功率P3越大，经济性越高。

1. 总结

通过以上电气常识介绍、各种功率关系说明、功率因数及其影响因子的定性分析等，最终在经济性角度确立利益最大化（在含有光伏输入的情况下，电费单中力率不低于0.9，力调电费为奖励），末端瞬时功率因数（变压器计量点的COSφ）数值影响因子较多，变化范围较广。建议关注点应该在电力公司每月的力率（0.9以上）和力调电费的奖罚比对。