新能源場站降低用電力率調整電費的方法

中廣核新能源寧夏分公司 ■ 吳旭業 李國慶 陳剛

0 引言

新能源場站(風電、光伏)在電網中既發電又用電，是雙方向電力用戶，計量點裝設雙向計量電能表。目前，電網供電公司根據《功率因數調整電費辦法》要求，對新能源場站下網用電執行功率因數考核，考核標準為0.9。新能源場站普遍存在下網用電力率調整電費過高的問題，給新能源發電企業造成了不必要的費用支出。

本文結合目前新能源場站下網電費計算公式，以及多功能電能表中的正、反向無功設置，分析了影響場站下網電費的因素，并提出了利用無功補償裝置進行無功調整的原則和措施。

1 場站下網電費及功率因數的計算

1.1 下網電費計算

新能源場站按用電類別屬于大工業用電(部分場站還包含一般工商業用電類別)，電價根據不同用電類別分別執行各自峰谷分時電價，其電費計算公式為：

式中，i為1天中的不同時段，即峰段、平段、谷段。

代征基金及附加是指電網替政府代征收的各類基金和附加費，包括國家重大水利工程建設基金、農網還貸資金、大中型移民后期扶持資金、可再生能源電價附加等。

由式(1)～式(3)可知，除價格外，影響新能源場站下網電費的因素還有計費有功電量和力率調整電費增減率。由于新能源場站的用電主要是設備空載損耗及輔助設備用電，每月用電有功電量變化幅度不大。因此，主要因素是力率調整電費增減率。力率調整電費增減率與功率因數高低有關，功率因數越低，力率調整電費增減率越大，具體可查《功率因數調整電費辦法》得知。

1.2 場站功率因數計算及電能表無功四象限定義

1.2.1 場站用電功率因數計算

功率因數，一般稱為力率，用cosφ表示。考核用戶的功率因數通常取在電費結算(兩次抄表)期內功率因數的加權平均值，又稱月加權平均功率因數。該值可由電能表中的有功電量及無功電量的月累積數字計算求得[1]，即：

式中，WP為有功電量；WQ為無功電量。

由(4)式可知，提高功率因數的途徑是減少無功電量、增加有功電量。

新能源場站發電、用電時的特點為：1)發電時有功負荷受風、光資源影響不恒定，且有間歇性的特點，無功負荷隨有功負荷變化而不斷變化。2)用電時的負荷主要是設備空載損耗及輔助設備用電，負荷基本恒定。3)風電場用電時間段受風資源影響，基本無規律；而光伏電站用電時間段主要是夜間。在這種情況下，只有減少無功電量，才能提高場站用電功率因數。

1.2.2 電能表無功四象限定義及設置

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

根據國家標準GB/T 17882和電力行業標準DL/T 645，電能量無功四象限的定義如圖1所示。

圖1 無功四象限的定義

圖1中，測量平面的橫軸表示輸入有功，縱軸表示輸入無功，電流向量用來表示當前的電能輸送方向。如此可將電能輸送方向區分為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，橫軸表示輸入無功，這類表是按順時針方向依次定義Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ無功象限。兩種類型的定義實質上沒有區別。

以新能源場站的電網側關口計量點為例。當有功潮流由電網流向場站時(場站用電)，若無功潮流也由電網流向場站，則場站相當于“消耗”電網無功，此時對應于無功象限Ⅰ；若無功潮流由場站流向電網，則場站相當于向電網“產生”無功，此時對應于無功象限Ⅳ。當有功潮流由場站流向電網時(場站發電)，若無功潮流也由場站流向電網，則場站相當于向電網“產生”無功，此時對應于無功象限Ⅲ；若無功潮流由電網流向場站，則場站相當于“消耗”電網無功，此時對應于無功象限Ⅱ。

多功能電能表在計量無功電量時首先按四象限原則將無功電量存儲于4個象限寄存器中，然后按照編程要求的設置對四象限無功電量進行不同的組合，或相加，或相減，形成兩組數據，分別對應存儲于“正向無功”寄存器和“反向無功”寄存器。通過這樣的無功計量方式，可以使電能表靈活應用于不同的使用場合及不同的計量目的[2]。

2 場站無功調整原則及措施

2.1 無功調整原則

綜上所述，同時經筆者調研不同場站電能表，發現電能表的正、反向無功設置主要有兩種情況：

1)第一種設置：正、反向無功按無功潮流的方向定義，即正向無功為Ⅰ+Ⅱ象限無功，反向無功為Ⅲ+Ⅳ象限無功。這種設置對新能源場站來說，混合了發電、用電時消耗或產生的無功，用這種正向無功或反向無功來計算場站用電功率因數，造成的結果是功率因數較低。

2)第二種設置：正、反向無功按有功潮流的方向定義，此時正向無功為Ⅰ+Ⅳ象限無功，反向無功為Ⅱ+Ⅲ象限無功。這種設置對新能源場站來說，正、反向無功分別反映的是用電或發電時的消耗、產生無功總電量。

場站減少無功電量就要控制場站并網點無功Q的大小和方向。在不同的電能表正、反向無功設置情況下，場站并網點無功Q的調整原則各不相同。

針對第一種設置計算功率因數時，若計費總無功電量使用Ⅰ+Ⅱ象限無功(正向無功)或Ⅲ+Ⅳ象限無功(反向無功)電量，且計費總有功電量也是對應的正向或反向有功電量的情況，無功調整原則是場站用電、發電時均要多向電網產生無功，并網點無功Q的值盡可能大(在保證電壓不超限的前提下)。

針對第二種設置計算功率因數時，若計費總無功電量使用Ⅰ+Ⅳ象限無功(正向無功)或Ⅱ+Ⅲ象限無功(反向無功)電量，且計費總有功電量也是對應的正向或反向有功電量的情況，無功調整原則是用電時只需補償送出線路消耗(或產生)的無功，并網點無功Q保持在適當值(場站發電時向電網產生無功或從電網消耗無功不影響用電功率因數)。

不論哪種設置，若計算功率因數時，計費總無功電量使用Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ象限無功電量的情況，無功調整原則是用電、發電時均應少向電網產生無功且少從電網消耗無功，并網點無功Q保持適當值。

2.2 無功調整措施

場站調節無功的主要設備是無功補償裝置(SVG)，輔助調節設備是光伏逆變器、風電機組。利用SVG進行無功調節，首先要搞清SVG的控制模式及參數設定。SVG常見控制模式有：

1) SVG無功(恒無功)模式：是指使SVG輸出恒定的無功。

2)恒電壓模式：使控制側的母線電壓滿足目標電壓或保持在設定的電壓范圍內。

3)恒功率因數模式：使控制點的功率因數恒定或在設定范圍內。

4)進線無功(恒系統無功)模式：以“進線無功”為控制目標，通過無功補償使進線無功達到設定要求。進線無功的定義是SVG發生無功和負荷無功的向量和。

5)電壓無功綜合控制模式：使控制側電壓滿足設定范圍內，如果滿足范圍，則將控制無功達到控制目的。

為適應新能源場站發電、用電時的特點，方便無功調節，場站SVG的最佳控制模式是“進線無功(恒系統無功)模式”；若無此控制模式時，可選擇“SVG無功(恒無功)模式”。

SVG控制模式選定后，SVG的參數調整只要符合使并網點無功Q值滿足無功調整原則即可。因SVG有調節死區，必要時可使用逆變器、風電機組進行輔助調節。

調節無功時需注意的是，對關口計量點在電網側的場站，需考慮補償送出線路消耗(或產生)的無功；場站關口計量點在場站側的不考慮補償送出線路無功。

3 實際應用案例

以中廣核新能源寧夏分公司某風電場和某光伏電站為例，具體數據如表1、表2所示。

由表1可以看出，該風電場計算用電功率因數時，采用的無功電量是Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ象限無功電量。按照前文無功調整原則和措施進行無功調整后，6月無功總量較4月下降63%，功率因數提高近2倍，力率調整電費增減率下降10%；節省了一部分電費，仍有調整優化空間。

由表2可以看出，該光伏電站計算用電功率因數時，采用的無功電量是Ⅱ+Ⅲ象限無功電量。按照前文無功調整原則和措施進行無功調整后，6月無功總量較4月下降84%，功率因數提高近3倍(因6月對光伏逆變器的運行方式進行了優化調整，有功電量有了大幅下降，故6月功率因數較5月低)，力率調整電費增減率下降58%，節省電費效果明顯。

表1 某風電場2017年4～6月下網用電功率因數比較

表2 某光伏電站2017年4～6月下網用電功率因數比較

4 結論

經實踐表明，本文提出的無功調整原則和措施對提高新能源場站用電功率因數、降低力率調整電費的效果明顯，可為其他新能源場站提供參考。另需說明的是，上述無功調整原則與調度要求的無功電壓控制(AVC)存在沖突。目前國內一些省份要求新能源場站投入AVC后，已取消了對新能源場站的力率考核。

[1] 嚴峻. 電力營銷計算[M]. 北京: 中國電力出版社, 2015.

[2] 陳欣, 安曉輝, 韓誠. 多功能電能表無功四象限設置及其實際應用[J]. 甘肅科技, 2012, 28(21): 63－65.