分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方法探讨-solarbe文库

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收稿日期２０１４－１１－１０作者简介陈伟（１９８２－），男，安徽萧县人，工程师，硕士，国网安徽省电力公司营销部智能用电处副处长，主要从事电力营销管理。分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方法探讨陈伟（国网安徽省电力公司，安徽合肥２３００２２）摘要分布式光伏电站接入用户内部电网一方面提高了用户的供电可靠性，另一方面对用户的功率因数计算造成了影响。目前我国执行的功率因数考核办法未能考虑分布式光伏等新型电源接入的影响。文中对分布式光伏所发的有功和无功电能对功率因数的影响进行了分析，提出了两种功率因数计算方法以减少光伏影响，并结合某用电企业的实际案例对两种计算方法进行了分析和比较。关键词功率因数；分布式光伏发电；用电营销中图分类号ＴＭ７１４文献标识码Ａ文章编号１６７２－９７０６（２０１５）增刊－００１８－０４Influence of the Distributed PV Generation Access on ElectricityCustomer Power Factor and Calculation MethodCHEN Wei（ State Grid Anhui Electric Power Corporation， Hefei ２３００２２， China）Abstract ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＰＶｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｃｃｅｓｓｉｎｇｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｗｅｒｇｒｉｄｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｒｅｌｉａ－ｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｕｓｅｒ，ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄｃａｕｓｅｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｆｏｒｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｕｓｅｒ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｆａｉｌｓｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｎｅｗｔｙｐｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｃｃｅｓｓｓｕｃｈａｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＰＶ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｃｔｉｖｅａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＰＶｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＰＶ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｃａｓｅｏｆａｐｏｗｅｒｃｕｓｔｏｍｅｒ，ｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ．Key words ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＰＶｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｍａｒｋｅｔｉｎｇ０引言电力系统功率因数降低会引起许多不良情况。例如使输电线路中的传输电流变大，增加线损；使系统中输送的总电流增加，使电力系统中的电气元件投资费用增大；致使负荷端的电压下降，影响某些用电设备的正常运行；使系统内的电气设备容量不能得以充分利用等。为提高电能使用效率，原水利电力部、国家物价局于１９８３年出台了枟功率因数调整电费办法枠，采用经济手段来对客户用电的功率因数进行考核，对促进用户加强无功管理，装设无功补偿设备，节约电能，起到了很大作用。近年来，我国在大力支持分布式光伏产业，加大补贴力度，分布式光伏得以迅猛发展，仅安徽省境内已报装分布式光伏容量达３６．２万千瓦。分布式光伏电站就近接入用户内部电网，运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网为主，一方面提高了用户的供电可靠性，另一方面对用户的功率因数计算造成了影响。目前我国执行的功率因数考核办法从出台距今已有３０多年，难以适应分布式光伏等新型电８１第二十卷增刊Ｖｏｌ．２０，Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ安徽电气工程职业技术学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＮＨＵＩＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＴＥＣＨＮＩＱＵＥＣＯＬＬＥＧＥ２０１５年５月Ｍａｙ２０１５源接入的影响。因此有必要对分布式光伏所发的有功和无功电能对功率因数的影响进行了分析，并提出减少光伏影响的功率因数计算方法和建议。图１有功和无功功率几何示意图１用电客户功率因数计算方法关于无功电能四象限测量的定义在枟多功能电能表通讯协议枠（ＤＬ／Ｔ６４５－２００７）中做出了规定，如图１所示。枟功率因数调整电费办法枠中规定用电客户功率因数的计算公式为ｃｏｓ Φ＝ P ／（｜ QL｜＋｜ QC ｜）２＋ P２式中感性无功 QL 和容性无功 QC 的方向是相反的，计算时应采用绝对值相加，才能真实的反映客户的实际无功负荷。根据上述规定，正向无功电能的计量方式应设定为 Ⅰ、Ⅳ 象限之和，反向无功电能为 Ⅱ、Ⅲ 象限之和。２分布式电源接入对用电客户功率因数的影响及计算方法２．１分布式光伏接入对用电客户功率因数的影响目前分布式光伏大多采用接入用户内部电网的形式并网。国家标准ＧＢ２９３２１－２０１２枟光伏发电站无功补偿技术规范枠中提出 “ 光伏逆变器功率因数应能在超前０．９５～滞后０．９５范围内连续可调 ”，因此光伏发电站本身的功率因数都较高，其吸收或发出的无功较小，对用户的功率因数影响很小。但是由于分布式光伏接入用户内部电网，其所发有功和无功电能将对受电计量点处的有功和无功产生变化，从而影响用户的功率因数。根据目前用户功率因数的考核计算公式，受电计量点处的有功 P 取用户下受的正向有功，而无功 Q 取正反向无功绝对值之和。因此用户内部的分布式光伏电站所发的有功电能越大，用户下受的正向有功 P 越小，对用户的功率因数影响越大。极端情况下，若分布式光伏电站所发的有功电能正好满足用户的用电负荷，也即用户下受的正向有功 P 一直为零，则用户的功率因数计算结果为零，无论客户安装什么无功补偿装置均不能改善功率因数，可见此时的功率因数已不能实际反映用户的实际无功情况。因此有必要在计算用户供电功率因数时减少或避免分布式光伏的影响。２．２考虑分布式光伏接入影响的功率因数计算公式为此提出两种功率因数计算公式。一种是还原用户实际所用有功电能，即加上光伏发电自发自用部分电量。计算公式为ｃｏｓ Φ＝ P ／ P２＋ Q２式中 P 是计量关口正向有功总示数加上光伏月发电量再减去计量关口反向有功总示数； Q 是计量关口正向无功总示数与反向无功总示数绝对值之和。第二种思路是将用户向电网倒送有功的时段视作一小型发电厂，倒送有功期间考虑不进行功率因数考核。计算公式为ｃｏｓ Φ＝ P ／ P２＋ Q２式中 P 是计量关口正向有功总示数； Q 是计量关口正向无功总示数。３案例分析３．１用户用电情况某高压用户通过１１０ｋＶ专线供电。专用变电站现安装１台１１０ｋＶ主变压器，容量为４０ＭＶＡ。专变９１陈伟分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方法探讨１１０ｋＶ侧为内桥接线，以１回１１０ｋＶ线路接至２２０ｋＶ秋蒲变２１１开关；１０ｋＶ侧为单母线分段接线，１０ｋＶ母联开关打开。１０ｋＶ配电系统采用手动投切的无功补偿方式，总容量为８０００ｋｖａｒ，共２套补偿装置。每套补偿装置分三档，分档容量别为８００ｋＶａｒ，１２００ｋＶａｒ，２０００ｋＶａｒ。消弧线圈为８００ｋＷ。３．２分布式光伏发电项目接入系统方案２０１３年１０月，该公司在厂房屋顶投资建设的１．２ＭＷ分布式光伏发电项目并网运行。接入系统方案为在彩虹蓝光公司１０１、１０２、１０３三栋厂房约２９４４０平米的屋面上，安装４９００块２４５ｗ／块太阳能电池组件，设计按每２０块组件组成一串，每１６串接入一个汇流箱，１６个汇流箱接入２台直流柜，经２台６００ｋＷ逆变器逆变为交流３１５Ｖ，经１台１２５０ｋＶＡ的双分裂变压器升压至１０ｋＶ，再以１回电缆线路接入厂区３０１配电房１０ｋＶ母线上。具体接线方式见图２。图２某公司内部电网接线示意图及分布式光伏接入方式３．３存在问题及分析２０１４年１月以后，该公司由于经营原因产量大幅下降，导致月用电量急剧减小，每日最大用电负荷从１５０００ｋＷ降至３００～４００ｋＷ。自２０１４年２月开始，该公司的月均功率因数都达不到０．９的考核标准，产生大额的功率因数调整电费。功率因数差的主要原因为自１月份以后企业用电急剧下降，变压器接近空载运行，１１０ｋＶ线路和厂区内１０ｋＶ电缆所产生的容性无功大于感性无功，从产权分界点秋蒲变１１０ｋＶ２１１开关来看，用户全天候向电网倒送无功（理论计算分析及变电站采集的负荷曲线均证明此点），导致用户的无功补偿装置（全部为电容器）无法投运（经现场试验，投运一组后向电网倒送的无功加大，功率因数变差），因此用户的功率因数较差。除此之外，部分时段光伏所发电能大于用户用电负荷，存在向电网倒送有功现象，进一步加剧了用户功率因数变差。０２安徽电气工程职业技术学院学报第二十卷增刊３．４功率因数计算结果及算法比较按照当前国家规定的功率因数计算方法和本文提出的两种计算方法分别计算功率因数，结果如表１所示。可见算法１还原了用户的实际用电负荷，完全去除了光伏接入的影响；而算法二去除了倒送电时段的光伏影响，故算法一得到的功率因数计算结果大于比算法二，更接近用户用电实际。表 1 功率因数计算月份正向有功总（千瓦时）反向有功总（千瓦时）正向无功总（千瓦时）反向无功总（千瓦时）总发电量（千瓦时）当前实行的计算方法算法一（还原用户实际用电）算法二（倒送电时段不考核）功率因数调整系数功率因数调整系数功率因数调整系数２月５９７９６０１３２００７９２０００４３５６０１０１０１００．５８２９０．６３１９０．６２５３月２６７１２０３５６４０５３９９６０８３１６０１２５３４００．３９６７０．５４５０．４４５７４月２６６６４０４７５２０５５９６８０１１４８４０１５２８９５０．３７７１０．４８４９０．４３５９４结束语目前我国执行的功率因数考核办法出台时间已较长，难以适应分布式光伏等新型电源接入的影响。因此有必要对功率因数考核办法及时进行修订，避免用电客户和电网企业就功率因数的考核计算公式产生争议，以更好地促进分布式光伏的发展。参考文献［１］ＧＢ２９３２１－２０１２，光伏发电站无功补偿技术规范［Ｓ］．［２］ＤＬ／Ｔ６４５－２００７，多功能电能表通信协议［Ｓ］．［３］张强，彭小平．调整功率因数对考核发电厂发电出力的技术探讨［Ｊ］．计量与测试技术，２０１４（２）．［４］李翔．功率因数在电力系统中的应用［Ｊ］．技术与市场，２０１４（２）．１２陈伟分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方法探讨分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方法探讨作者陈伟， CHEN Wei作者单位国网安徽省电力公司 ,安徽合肥 ,230022刊名安徽电气工程职业技术学院学报英文刊名 Journal of Anhui Electrical Engineering Professional Technique College年，卷期 2015z1引用本文格式陈伟 . CHEN Wei分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方法探讨 [期刊论文] -安徽电气工程职业技术学院学报 2015z1