為啥低壓配電含光伏并網(wǎng)的功率因數低？

一、基礎電氣常識說(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/供電設備的 容量，是一個(gè)標量，沒(méi)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(fā)電機、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(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)功功率也有正負之分，Q 為“+"表示感性無(wú)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(wú)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(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 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(wú)功功率。當系統輸出無(wú)功 功率時(shí)，功率因數為正；當系統吸收無(wú)功功率時(shí)，功率因數為負。這種定義與有 功功率的方向有關(guān)，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(fā)電機在向電網(wǎng)輸出無(wú)功功率時(shí)，其功率因數為正；而當發(fā)電機需要從電 網(wǎng)中吸收無(wú)功功率時(shí)，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(kāi)光電源等電力電子非線(xiàn)性負 載無(wú)功為容性無(wú)功，功率因數可用負號“-"表示；傳統的電機或電動(dòng)機負載為 感性無(wú)功，功率因數可用正號“+"表示。 

二、現場(chǎng)功率說(shuō)明 

1、現場(chǎng)接線(xiàn)示意圖

2、拓撲分析 

便于分析現場(chǎng)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(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。 

計量點(diǎn)（即多功能表上數據）如圖中紅點(diǎn)所示，計量點(diǎn)有功功率 P1、無(wú)功 功率 Q1、視在功率 S1 和功率因數的關(guān)系如下： 

計量有功功率：P1=P2+P3

計量無(wú)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(diǎn)功率因數 cosφ的符號功率 P1 相關(guān)，而 P1 的 數值等于負載消耗的有功 P2 與光伏的發(fā)電 P3 之和相關(guān)。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(fā)電功率和負載消耗功率都是波動(dòng)的，所以計量點(diǎn)有功功率 P1 也是在正負值之間波動(dòng)，從而導致計量點(diǎn)的功率因數正負值之間波動(dòng)。當發(fā) 電功率 P3＜負載消耗功率 P2 時(shí)，計量點(diǎn)有功功率為正，對應的功率因數為正； 當發(fā)電功率 P3＞負載消耗功率 P2 時(shí)，計量點(diǎn)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(diǎn)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(guān)，即（Q1/P1）越大，cosφ越??；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(shí)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(wú)功盡可能 的??；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(shí)發(fā)電功率 P3 盡可能的小。

SVG 調節負載無(wú)功功率 Q2 的參數可通過(guò)開(kāi)啟 SVG 裝置和關(guān)停 SVG 裝置直接 作比較，或者觀(guān)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(fā)電功率 P3 的分析如下： 

當 P3 為 0（即光伏沒(méi)有發(fā)電）功率因數可以顯著(zhù)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 

當光伏發(fā)電功率 P3 大于負載消耗功率 P2 時(shí)，功率因數會(huì )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(fā)電功率大于負載損耗功率時(shí)

4、經(jīng)濟性分析 

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

①通過(guò) 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(jīng)濟性角度分析，消耗負載的有功功率 P2 越大，產(chǎn)生的市電電費費用 越高，涉及到生產(chǎn)正常運行，這部分電功率無(wú)法主動(dòng)調節；另外，因為光伏電價(jià) 小于市電電價(jià)，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(fā)電，提高光伏發(fā)電功率 P3，可以減小對市電的電費支出。所以從 經(jīng)濟性的角度定性分析（定量分析可通過(guò)電費單自行核算），總結如下 2 點(diǎn)： 

①負載消耗的有功 P2 越小，經(jīng)濟性越高； 

②光伏發(fā)電功率 P3 越大，經(jīng)濟性越高。 

三、總結

通過(guò)以上電氣常識介紹、各種功率關(guān)系說(shuō)明、功率因數及其影響因子的定性 分析等，最終在經(jīng)濟性角度確立利益*大化（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(shí)功率因數（變壓器計量點(diǎn)的 COS φ）數值影響因子較多，變化范圍較廣。建議關(guān)注點(diǎn)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(guān)于有光伏并網(wǎng)的現場(chǎng)，功率因數和力率關(guān)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(guò)看功率因數就可以 評估系統對電網(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），單從市電功率因數是無(wú)法判斷實(shí)際系統對無(wú)功功率的需求。

2、供電公司力率考核中，力率的計算是通過(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。目前這一點(diǎn)是很多光伏并網(wǎng)現場(chǎng)的一個(gè)誤區。簡(jiǎn)言之，力率是通過(guò)電量（累 計值）計算的，市電功率因數是通過(guò)功率（瞬時(shí)值）計算的。 

3、實(shí)際目前關(guān)注點(diǎn)應該是系統的無(wú)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。