中廣核新能源寧夏分公司 ■ 吳旭業(yè) 李國(guó)慶 陳剛

0 引言

新能源場(chǎng)站(風(fēng)電、光伏)在電網(wǎng)中既發(fā)電又用電，是雙方向電力用戶，計(jì)量點(diǎn)裝設(shè)雙向計(jì)量電能表。目前，電網(wǎng)供電公司根據(jù)《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》要求，對(duì)新能源場(chǎng)站下網(wǎng)用電執(zhí)行功率因數(shù)考核，考核標(biāo)準(zhǔn)為0.9。新能源場(chǎng)站普遍存在下網(wǎng)用電力率調(diào)整電費(fèi)過(guò)高的問(wèn)題，給新能源發(fā)電企業(yè)造成了不必要的費(fèi)用支出。

本文結(jié)合目前新能源場(chǎng)站下網(wǎng)電費(fèi)計(jì)算公式，以及多功能電能表中的正、反向無(wú)功設(shè)置，分析了影響場(chǎng)站下網(wǎng)電費(fèi)的因素，并提出了利用無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功調(diào)整的原則和措施。

1 場(chǎng)站下網(wǎng)電費(fèi)及功率因數(shù)的計(jì)算

1.1 下網(wǎng)電費(fèi)計(jì)算

新能源場(chǎng)站按用電類(lèi)別屬于大工業(yè)用電(部分場(chǎng)站還包含一般工商業(yè)用電類(lèi)別)，電價(jià)根據(jù)不同用電類(lèi)別分別執(zhí)行各自峰谷分時(shí)電價(jià)，其電費(fèi)計(jì)算公式為：

式中，i為1天中的不同時(shí)段，即峰段、平段、谷段。

代征基金及附加是指電網(wǎng)替政府代征收的各類(lèi)基金和附加費(fèi)，包括國(guó)家重大水利工程建設(shè)基金、農(nóng)網(wǎng)還貸資金、大中型移民后期扶持資金、可再生能源電價(jià)附加等。

由式(1)～式(3)可知，除價(jià)格外，影響新能源場(chǎng)站下網(wǎng)電費(fèi)的因素還有計(jì)費(fèi)有功電量和力率調(diào)整電費(fèi)增減率。由于新能源場(chǎng)站的用電主要是設(shè)備空載損耗及輔助設(shè)備用電，每月用電有功電量變化幅度不大。因此，主要因素是力率調(diào)整電費(fèi)增減率。力率調(diào)整電費(fèi)增減率與功率因數(shù)高低有關(guān)，功率因數(shù)越低，力率調(diào)整電費(fèi)增減率越大，具體可查《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》得知。

1.2 場(chǎng)站功率因數(shù)計(jì)算及電能表無(wú)功四象限定義

1.2.1 場(chǎng)站用電功率因數(shù)計(jì)算

功率因數(shù)，一般稱(chēng)為力率，用cosφ表示?？己擞脩舻墓β室驍?shù)通常取在電費(fèi)結(jié)算(兩次抄表)期內(nèi)功率因數(shù)的加權(quán)平均值，又稱(chēng)月加權(quán)平均功率因數(shù)。該值可由電能表中的有功電量及無(wú)功電量的月累積數(shù)字計(jì)算求得[1]，即：

式中，WP為有功電量；WQ為無(wú)功電量。

由(4)式可知，提高功率因數(shù)的途徑是減少無(wú)功電量、增加有功電量。

新能源場(chǎng)站發(fā)電、用電時(shí)的特點(diǎn)為：1)發(fā)電時(shí)有功負(fù)荷受風(fēng)、光資源影響不恒定，且有間歇性的特點(diǎn)，無(wú)功負(fù)荷隨有功負(fù)荷變化而不斷變化。2)用電時(shí)的負(fù)荷主要是設(shè)備空載損耗及輔助設(shè)備用電，負(fù)荷基本恒定。3)風(fēng)電場(chǎng)用電時(shí)間段受風(fēng)資源影響，基本無(wú)規(guī)律；而光伏電站用電時(shí)間段主要是夜間。在這種情況下，只有減少無(wú)功電量，才能提高場(chǎng)站用電功率因數(shù)。

1.2.2 電能表無(wú)功四象限定義及設(shè)置

在電能計(jì)量中，變電站、電廠等由于無(wú)功計(jì)量考核要求的不同，電能表四象限無(wú)功計(jì)量方式的設(shè)置也不同。新能源場(chǎng)站要減少無(wú)功電量，提高功率因數(shù)，就必須清楚場(chǎng)站計(jì)量關(guān)口點(diǎn)電能表中的無(wú)功是如何定義及設(shè)置的。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17882和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 645，電能量無(wú)功四象限的定義如圖1所示。

圖1 無(wú)功四象限的定義

圖1中，測(cè)量平面的橫軸表示輸入有功，縱軸表示輸入無(wú)功，電流向量用來(lái)表示當(dāng)前的電能輸送方向。如此可將電能輸送方向區(qū)分為4部分，分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限代表。也有部分電能表用縱軸表示輸入有功，橫軸表示輸入無(wú)功，這類(lèi)表是按順時(shí)針?lè)较蛞来味xⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ無(wú)功象限。兩種類(lèi)型的定義實(shí)質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別。

以新能源場(chǎng)站的電網(wǎng)側(cè)關(guān)口計(jì)量點(diǎn)為例。當(dāng)有功潮流由電網(wǎng)流向場(chǎng)站時(shí)(場(chǎng)站用電)，若無(wú)功潮流也由電網(wǎng)流向場(chǎng)站，則場(chǎng)站相當(dāng)于“消耗”電網(wǎng)無(wú)功，此時(shí)對(duì)應(yīng)于無(wú)功象限Ⅰ；若無(wú)功潮流由場(chǎng)站流向電網(wǎng)，則場(chǎng)站相當(dāng)于向電網(wǎng)“產(chǎn)生”無(wú)功，此時(shí)對(duì)應(yīng)于無(wú)功象限Ⅳ。當(dāng)有功潮流由場(chǎng)站流向電網(wǎng)時(shí)(場(chǎng)站發(fā)電)，若無(wú)功潮流也由場(chǎng)站流向電網(wǎng)，則場(chǎng)站相當(dāng)于向電網(wǎng)“產(chǎn)生”無(wú)功，此時(shí)對(duì)應(yīng)于無(wú)功象限Ⅲ；若無(wú)功潮流由電網(wǎng)流向場(chǎng)站，則場(chǎng)站相當(dāng)于“消耗”電網(wǎng)無(wú)功，此時(shí)對(duì)應(yīng)于無(wú)功象限Ⅱ。

多功能電能表在計(jì)量無(wú)功電量時(shí)首先按四象限原則將無(wú)功電量存儲(chǔ)于4個(gè)象限寄存器中，然后按照編程要求的設(shè)置對(duì)四象限無(wú)功電量進(jìn)行不同的組合，或相加，或相減，形成兩組數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)于“正向無(wú)功”寄存器和“反向無(wú)功”寄存器。通過(guò)這樣的無(wú)功計(jì)量方式，可以使電能表靈活應(yīng)用于不同的使用場(chǎng)合及不同的計(jì)量目的[2]。

2 場(chǎng)站無(wú)功調(diào)整原則及措施

2.1 無(wú)功調(diào)整原則

綜上所述，同時(shí)經(jīng)筆者調(diào)研不同場(chǎng)站電能表，發(fā)現(xiàn)電能表的正、反向無(wú)功設(shè)置主要有兩種情況：

1)第一種設(shè)置：正、反向無(wú)功按無(wú)功潮流的方向定義，即正向無(wú)功為Ⅰ+Ⅱ象限無(wú)功，反向無(wú)功為Ⅲ+Ⅳ象限無(wú)功。這種設(shè)置對(duì)新能源場(chǎng)站來(lái)說(shuō)，混合了發(fā)電、用電時(shí)消耗或產(chǎn)生的無(wú)功，用這種正向無(wú)功或反向無(wú)功來(lái)計(jì)算場(chǎng)站用電功率因數(shù)，造成的結(jié)果是功率因數(shù)較低。

2)第二種設(shè)置：正、反向無(wú)功按有功潮流的方向定義，此時(shí)正向無(wú)功為Ⅰ+Ⅳ象限無(wú)功，反向無(wú)功為Ⅱ+Ⅲ象限無(wú)功。這種設(shè)置對(duì)新能源場(chǎng)站來(lái)說(shuō)，正、反向無(wú)功分別反映的是用電或發(fā)電時(shí)的消耗、產(chǎn)生無(wú)功總電量。

場(chǎng)站減少無(wú)功電量就要控制場(chǎng)站并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功Q的大小和方向。在不同的電能表正、反向無(wú)功設(shè)置情況下，場(chǎng)站并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功Q的調(diào)整原則各不相同。

針對(duì)第一種設(shè)置計(jì)算功率因數(shù)時(shí)，若計(jì)費(fèi)總無(wú)功電量使用Ⅰ+Ⅱ象限無(wú)功(正向無(wú)功)或Ⅲ+Ⅳ象限無(wú)功(反向無(wú)功)電量，且計(jì)費(fèi)總有功電量也是對(duì)應(yīng)的正向或反向有功電量的情況，無(wú)功調(diào)整原則是場(chǎng)站用電、發(fā)電時(shí)均要多向電網(wǎng)產(chǎn)生無(wú)功，并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功Q的值盡可能大(在保證電壓不超限的前提下)。

針對(duì)第二種設(shè)置計(jì)算功率因數(shù)時(shí)，若計(jì)費(fèi)總無(wú)功電量使用Ⅰ+Ⅳ象限無(wú)功(正向無(wú)功)或Ⅱ+Ⅲ象限無(wú)功(反向無(wú)功)電量，且計(jì)費(fèi)總有功電量也是對(duì)應(yīng)的正向或反向有功電量的情況，無(wú)功調(diào)整原則是用電時(shí)只需補(bǔ)償送出線路消耗(或產(chǎn)生)的無(wú)功，并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功Q保持在適當(dāng)值(場(chǎng)站發(fā)電時(shí)向電網(wǎng)產(chǎn)生無(wú)功或從電網(wǎng)消耗無(wú)功不影響用電功率因數(shù))。

不論哪種設(shè)置，若計(jì)算功率因數(shù)時(shí)，計(jì)費(fèi)總無(wú)功電量使用Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ象限無(wú)功電量的情況，無(wú)功調(diào)整原則是用電、發(fā)電時(shí)均應(yīng)少向電網(wǎng)產(chǎn)生無(wú)功且少?gòu)碾娋W(wǎng)消耗無(wú)功，并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功Q保持適當(dāng)值。

2.2 無(wú)功調(diào)整措施

場(chǎng)站調(diào)節(jié)無(wú)功的主要設(shè)備是無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVG)，輔助調(diào)節(jié)設(shè)備是光伏逆變器、風(fēng)電機(jī)組。利用SVG進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)，首先要搞清SVG的控制模式及參數(shù)設(shè)定。SVG常見(jiàn)控制模式有：

1) SVG無(wú)功(恒無(wú)功)模式：是指使SVG輸出恒定的無(wú)功。

2)恒電壓模式：使控制側(cè)的母線電壓滿足目標(biāo)電壓或保持在設(shè)定的電壓范圍內(nèi)。

3)恒功率因數(shù)模式：使控制點(diǎn)的功率因數(shù)恒定或在設(shè)定范圍內(nèi)。

4)進(jìn)線無(wú)功(恒系統(tǒng)無(wú)功)模式：以“進(jìn)線無(wú)功”為控制目標(biāo)，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償使進(jìn)線無(wú)功達(dá)到設(shè)定要求。進(jìn)線無(wú)功的定義是SVG發(fā)生無(wú)功和負(fù)荷無(wú)功的向量和。

5)電壓無(wú)功綜合控制模式：使控制側(cè)電壓滿足設(shè)定范圍內(nèi)，如果滿足范圍，則將控制無(wú)功達(dá)到控制目的。

為適應(yīng)新能源場(chǎng)站發(fā)電、用電時(shí)的特點(diǎn)，方便無(wú)功調(diào)節(jié)，場(chǎng)站SVG的最佳控制模式是“進(jìn)線無(wú)功(恒系統(tǒng)無(wú)功)模式”；若無(wú)此控制模式時(shí)，可選擇“SVG無(wú)功(恒無(wú)功)模式”。

SVG控制模式選定后，SVG的參數(shù)調(diào)整只要符合使并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功Q值滿足無(wú)功調(diào)整原則即可。因SVG有調(diào)節(jié)死區(qū)，必要時(shí)可使用逆變器、風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)。

調(diào)節(jié)無(wú)功時(shí)需注意的是，對(duì)關(guān)口計(jì)量點(diǎn)在電網(wǎng)側(cè)的場(chǎng)站，需考慮補(bǔ)償送出線路消耗(或產(chǎn)生)的無(wú)功；場(chǎng)站關(guān)口計(jì)量點(diǎn)在場(chǎng)站側(cè)的不考慮補(bǔ)償送出線路無(wú)功。

3 實(shí)際應(yīng)用案例

以中廣核新能源寧夏分公司某風(fēng)電場(chǎng)和某光伏電站為例，具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

由表1可以看出，該風(fēng)電場(chǎng)計(jì)算用電功率因數(shù)時(shí)，采用的無(wú)功電量是Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ象限無(wú)功電量。按照前文無(wú)功調(diào)整原則和措施進(jìn)行無(wú)功調(diào)整后，6月無(wú)功總量較4月下降63%，功率因數(shù)提高近2倍，力率調(diào)整電費(fèi)增減率下降10%；節(jié)省了一部分電費(fèi)，仍有調(diào)整優(yōu)化空間。

由表2可以看出，該光伏電站計(jì)算用電功率因數(shù)時(shí)，采用的無(wú)功電量是Ⅱ+Ⅲ象限無(wú)功電量。按照前文無(wú)功調(diào)整原則和措施進(jìn)行無(wú)功調(diào)整后，6月無(wú)功總量較4月下降84%，功率因數(shù)提高近3倍(因6月對(duì)光伏逆變器的運(yùn)行方式進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，有功電量有了大幅下降，故6月功率因數(shù)較5月低)，力率調(diào)整電費(fèi)增減率下降58%，節(jié)省電費(fèi)效果明顯。

表1 某風(fēng)電場(chǎng)2017年4～6月下網(wǎng)用電功率因數(shù)比較

表2 某光伏電站2017年4～6月下網(wǎng)用電功率因數(shù)比較

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)踐表明，本文提出的無(wú)功調(diào)整原則和措施對(duì)提高新能源場(chǎng)站用電功率因數(shù)、降低力率調(diào)整電費(fèi)的效果明顯，可為其他新能源場(chǎng)站提供參考。另需說(shuō)明的是，上述無(wú)功調(diào)整原則與調(diào)度要求的無(wú)功電壓控制(AVC)存在沖突。目前國(guó)內(nèi)一些省份要求新能源場(chǎng)站投入AVC后，已取消了對(duì)新能源場(chǎng)站的力率考核。

[1] 嚴(yán)峻. 電力營(yíng)銷(xiāo)計(jì)算[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2015.

[2] 陳欣, 安曉輝, 韓誠(chéng). 多功能電能表無(wú)功四象限設(shè)置及其實(shí)際應(yīng)用[J]. 甘肅科技, 2012, 28(21): 63－65.