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為啥低壓配電含光伏并網(wǎng)的功率因數(shù)低?

更新時(shí)間:2024-07-17瀏覽:113次

一、基礎(chǔ)電氣常識(shí)說明:

1、視在功率 S、有功功率 P、無功功率

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。無功功率也有正負(fù)之分,Q 為“+"表示感性無功,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、無功功率和視在功率之間的關(guān)系如下: S=sqrtP2+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/sqrtP2+Q2)=1/sqrt1+Q/P)2) 

功率因數(shù)的正負(fù)號(hào)主要表示系統(tǒng)是吸收還是輸出無功功率。當(dāng)系統(tǒng)輸出無功 功率時(shí),功率因數(shù)為正;當(dāng)系統(tǒng)吸收無功功率時(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) 載無功為容性無功,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 感性無功,功率因數(shù)可用正號(hào)+"表示。 

二、現(xiàn)場功率說明 

1、現(xiàn)場接線示意圖

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2、拓?fù)浞治?nbsp;

便于分析現(xiàn)場功率情況,將系統(tǒng)拓?fù)涞刃б幌峦負(fù)洌?/span>

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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(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)量無功功率:Q1=Q2 

計(jì)量視在功率:S1=sqrtP12+Q12) 

計(jì)量功率因數(shù):Cosφ=P1/S1=P1/sqrtP12+Q12)=1/sqrt1+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 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 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)。 

3、治理原理分析

根據(jù)計(jì)量點(diǎn)功率因數(shù)公式:cosφ=1/sqrt1+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??;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(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)載的無功盡可能 的??;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)載無功功率 Q2 的參數(shù)可通過開啟 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 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。

image.png

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 P3 差值的大小,如圖 2-3-2 所示:

image.png

2-3-2 天晴光伏發(fā)電功率大于負(fù)載損耗功率時(shí)

4、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 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。 

三、總結(jié)

通過以上電氣常識(shí)介紹、各種功率關(guān)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(jì)性角度確立利益*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 COS φ)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)。 綜合以上分析,關(guān)于有光伏并網(wǎng)的現(xiàn)場,功率因數(shù)和力率關(guān)系總結(jié)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(píng)估系統(tǒng)對(duì)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(shí)際系統(tǒng)對(duì)無功功率的需求。

2、供電公司力率考核中,力率的計(jì)算是通過每個(gè)月的市電無功電量和有功 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(shù)。目前這一點(diǎn)是很多光伏并網(wǎng)現(xiàn)場的一個(gè)誤區(qū)。簡言之,力率是通過電量(累 計(jì)值)計(jì)算的,市電功率因數(shù)是通過功率(瞬時(shí)值)計(jì)算的。 

3、實(shí)際目前關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該是系統(tǒng)的無功需量盡可能的由 SVG 或者末端補(bǔ)償裝 置提供,讓市電盡可能少提供,這才是核心。

聯(lián)系電話:
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