一、基礎(chǔ)電氣常識(shí)說(shuō)明：

1、視在功率 S、有功功率 P、無(wú)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(shè)備的 容量，是一個(gè)標(biāo)量，沒(méi)有符號(hào)。其基本表達(dá)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(fù)之 分，P 為“+”表示設(shè)備（或系統(tǒng)）從外界吸收功率，P 為“-”表示設(shè)備（或系 統(tǒng)）向外界輸出功率。比如發(fā)電機(jī)、光伏逆變器、風(fēng)電變流器等工作時(shí)的有功功 率為“-”，表示其向外輸出功率；而幾乎所有的用電負(fù)荷的有功功率均為“+”， 表示從外界吸收功率。其基本表達(dá)式如下：

P=UIcosφ=S*cosφ

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

Q=UIsinφ=S*sinφ

有功功率、無(wú)功功率和視在功率之間的關(guān)系如下：

S=sqrt（P2+Q2）

2、功率因數(shù) cosφ

功率因數(shù)是指在交流電路中，有功功率對(duì)視在功率的比值。其基本表達(dá)式如 下：

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

功率因數(shù)的正負(fù)號(hào)主要表示系統(tǒng)是吸收還是輸出無(wú)功功率。當(dāng)系統(tǒng)輸出無(wú)功 功率時(shí)，功率因數(shù)為正；當(dāng)系統(tǒng)吸收無(wú)功功率時(shí)，功率因數(shù)為負(fù)。這種定義與有 功功率的方向有關(guān)，通常在電力系統(tǒng)中，有功功率的方向決定了功率因數(shù)的正負(fù)。例如，發(fā)電機(jī)在向電網(wǎng)輸出無(wú)功功率時(shí)，其功率因數(shù)為正；而當(dāng)發(fā)電機(jī)需要從電 網(wǎng)中吸收無(wú)功功率時(shí)，其功率因數(shù)為負(fù)。

此外，功率因數(shù)的符號(hào)還可以表示負(fù)載的屬性，即負(fù)號(hào)用于表示容性負(fù)載， 而正號(hào)表示感性負(fù)載。這通常是在特定的電力系統(tǒng)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(kāi)光電源等電力電子非線性負(fù) 載無(wú)功為容性無(wú)功，功率因數(shù)可用負(fù)號(hào)“-”表示；傳統(tǒng)的電機(jī)或電動(dòng)機(jī)負(fù)載為 感性無(wú)功，功率因數(shù)可用正號(hào)“+”表示。

二、現(xiàn)場(chǎng)功率說(shuō)明

1、現(xiàn)場(chǎng)接線示意圖

2 拓?fù)浞治?/span>

便于分析現(xiàn)場(chǎng)功率情況，將系統(tǒng)拓?fù)涞刃б幌峦負(fù)洌?/span>

圖 2-2 系統(tǒng)等效圖

現(xiàn)場(chǎng)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(jì)量點(diǎn)（即多功能表上數(shù)據(jù)）如圖中紅點(diǎn)所示，計(jì)量點(diǎn)有功功率 P1 、無(wú)功 功率 Q1、視在功率 S1 和功率因數(shù)的關(guān)系如下：

計(jì)量有功功率：P1=P2+P3

計(jì)量無(wú)功功率：Q1=Q2

計(jì)量視在功率：S1=sqrt（P12+Q12 )

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

從上面式子可以看出，計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù) cosφ的符號(hào)功率 P1 相關(guān),而 P1 的 數(shù)值等于負(fù)載消耗的有功 P2 與光伏的發(fā)電 P3 之和相關(guān)。根據(jù)第一章的分析，負(fù) 載是消耗有功，所以 P1 為正值；光伏電源是給負(fù)載提供能量，即輸出有功，所以P3為負(fù)值。光伏發(fā)電功率和負(fù)載消耗功率都是波動(dòng)的，所以計(jì)量點(diǎn)有功功率P1也是在正負(fù)值之間波動(dòng)，從而導(dǎo)致計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)正負(fù)值之間波動(dòng)。當(dāng)發(fā) 電功率 P3＜負(fù)載消耗功率 P2 時(shí)，計(jì)量點(diǎn)有功功率為正，對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)為正； 當(dāng)發(fā)電功率 P3＞負(fù)載消耗功率 P2 時(shí)，計(jì)量點(diǎn)有功功率為負(fù)，對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)為負(fù)。

3 、治理原理分析

根據(jù)計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)公式：cosφ=1/sqrt（1+（Q1/P1）2 ) 可以看出，功率 因數(shù)和（Q1/P1）的值反相關(guān)，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Q(mào)2 或者增加（P2+P3）的值，可以提高瞬時(shí)功率因數(shù)。 顯然，對(duì)于分子而言，SVG 的主要作用就是調(diào)節(jié) Q2 的值，使負(fù)載的無(wú)功盡可能 的小；對(duì)于分母而言，P2 是正值，P3 是負(fù)值，要使分母變大，負(fù)載有功功率 P2 盡可能的大，同時(shí)發(fā)電功率 P3 盡可能的小。

SVG 調(diào)節(jié)負(fù)載無(wú)功功率 Q2 的參數(shù)可通過(guò)開(kāi)啟SVG 裝置和關(guān)停 SVG 裝置直接 作比較，或者觀察 SVG 的輸出容量，驗(yàn)證 SVG 裝置對(duì) Q2 的調(diào)節(jié)作用。負(fù)載消耗功率 P2 和光伏發(fā)電功率 P3 的分析如下：

當(dāng) P3 為 0（即光伏沒(méi)有發(fā)電）功率因數(shù)可以顯著提高，如圖 2-3-1 所示。

圖 2-3-1 天陰光伏為發(fā)電時(shí)記錄

當(dāng)光伏發(fā)電功率 P3 大于負(fù)載消耗功率 P2 時(shí)，功率因數(shù)會(huì)適當(dāng)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(fā)電功率大于負(fù)載損耗功率時(shí)

4 、經(jīng)濟(jì)性分析

如上分析了在光伏輸入的多電源供電系統(tǒng)，單點(diǎn)（市電變壓器計(jì)量點(diǎn)）功率 因數(shù)的提高方法，總結(jié)有 3 個(gè)方面：

①通過(guò) SVG 降低負(fù)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(fù)載消耗的有功功率 P2 的有效值。

單從經(jīng)濟(jì)性角度分析，消耗負(fù)載的有功功率 P2 越大，產(chǎn)生的市電電費(fèi)費(fèi)用 越高，涉及到生產(chǎn)正常運(yùn)行，這部分電功率無(wú)法主動(dòng)調(diào)節(jié)；另外，因?yàn)楣夥妰r(jià) 小于市電電價(jià)，而且光伏倒送地方電力公司也有相應(yīng)補(bǔ)貼，在條件允許的情況下盡可能的多發(fā)電，提高光伏發(fā)電功率 P3 ，可以減小對(duì)市電的電費(fèi)支出。所以從經(jīng)濟(jì)性的角度定性分析（定量分析可通過(guò)電費(fèi)單自行核算），總結(jié)如下 2 點(diǎn)：

①負(fù)載消耗的有功 P2 越小，經(jīng)濟(jì)性越高；

②光伏發(fā)電功率 P3 越大，經(jīng)濟(jì)性越高。

三、總結(jié)

通過(guò)以上電氣常識(shí)介紹、各種功率關(guān)系說(shuō)明、功率因數(shù)及其影響因子的定性 分析等，最終在經(jīng)濟(jì)性角度確立利益最大化（在含有光伏輸入的情況下，電費(fèi)單中力率不低于0.9，力調(diào)電費(fèi)為獎(jiǎng)勵(lì)），末端瞬時(shí)功率因數(shù)（變壓器計(jì)量點(diǎn)的 COS φ ) 數(shù)值影響因子較多，變化范圍較廣。建議關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該在電力公司每月的力率 （0.9 以上）和力調(diào)電費(fèi)的獎(jiǎng)罰比對(duì)。

綜合以上分析，關(guān)于有光伏并網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)，功率因數(shù)和力率關(guān)系總結(jié)如下：

1 、功率因數(shù)在一定程度上反映了系統(tǒng)有功功率在視在功率里面的占比，在 單電源用電系統(tǒng)（僅市電，不含光伏輸入的情況下）里，通過(guò)看功率因數(shù)就可以 評(píng)估系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)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(shù)是無(wú)法判斷實(shí)際系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的需求。

2 、供電公司力率考核中，力率的計(jì)算是通過(guò)每個(gè)月的市電無(wú)功電量和有功 電量的關(guān)系換算力率。所以在含光伏的情況下，關(guān)注點(diǎn)在力率，而非瞬時(shí)的功率 因數(shù)。目前這一點(diǎn)是很多光伏并網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)誤區(qū)。簡(jiǎn)言之，力率是通過(guò)電量（累 計(jì)值）計(jì)算的，市電功率因數(shù)是通過(guò)功率（瞬時(shí)值）計(jì)算的。

3 、實(shí)際目前關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該是系統(tǒng)的無(wú)功需量盡可能的由 SVG 或者末端補(bǔ)償裝 置提供，讓市電盡可能少提供，這才是核心。

江蘇安科瑞：何鵬飛

審核編輯 黃宇