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(tǒng)）從外界吸收功率，P 為“- ”表示設備（或系 統(tǒng)）向外界輸出功率。比如發(fā)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*cos φ

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=UIsin φ=S*sin φ

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(shù) cosφ

功率因數(shù)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(shù)的正負號主要表示系統(tǒng)是吸收還是輸出無功功率。當系統(tǒng)輸出無功 功率時，功率因數(shù)為正；當系統(tǒng)吸收無功功率時，功率因數(shù)為負。這種定義與有 功功率的方向有關，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。

例如，發(fā)電機在向電網(wǎng)輸出無功功率時，其功率因數(shù)為正；而當發(fā)電機需要從電 網(wǎng)中吸收無功功率時，其功率因數(shù)為負。

此外，功率因數(shù)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(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、開光電源等電力電子非線性負 載無功為容性無功，功率因數(shù)可用負號“- ”表示；傳統(tǒng)的電機或電動機負載為 感性無功，功率因數(shù)可用正號“+ ”表示。

二、現(xiàn)場功率說明

1、現(xiàn)場接線示意圖

2、拓撲分析

便于分析現(xiàn)場功率情況，將系統(tǒng)拓撲等效一下拓撲：

圖 2-2  系統(tǒng)等效圖

現(xiàn)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(shù)據(jù)）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(shù)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(shù)：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(shù) cosφ的符號功率 P1 相關，而 P1 的 數(shù)值等于負載消耗的有功 P2 與光伏的發(fā)電 P3 之和相關。根據(jù)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(shù)正負值之間波動。當發(fā) 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(shù)為正； 當發(fā)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(shù)為 負。

3 、治理原理分析

根據(jù)計量點功率因數(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，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(shù)。 顯然，對于分子而言，SVG 的主要作用就是調(diào)節(jié) 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(fā)電功率 P3 盡可能的小。

SVG 調(diào)節(jié)負載無功功率 Q2 的參數(shù)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(diào)節(jié)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)電時記錄

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

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(tǒng)，單點（市電變壓器計量點）功率 因數(shù)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(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，這部分電功率無法主動調(diào)節(jié)；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(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(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

通過以上電氣常識介紹、各種功率關系說明、功率因數(shù)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zui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(diào)電費為獎勵），末端瞬時功率因數(shù)（變壓器計量點的 COS φ ) 數(shù)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(diào)電費的獎罰比對。

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

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，通過看功率因數(shù)就可以 評估系統(tǒng)對電網(wǎng)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(shù)是無法判斷實際系統(tǒng)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(shù)。目前這一點是很多光伏并網(wǎng)現(xiàn)場的一個誤區(qū)。簡言之，力率是通過電量（累 計值）計算的，市電功率因數(shù)是通過功率（瞬時值）計算的。

3 、實際目前關注點應該是系統(tǒng)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。