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。

1. 現(xiàn)場(chǎng)功率說(shuō)明
2. 現(xiàn)場(chǎng)接線示意圖

1. 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)。

1. 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)

1. 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。

1. 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COSφ）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)。