新能源场站降低用电力率调整电费的方法

中广核新能源宁夏分公司 ■ 吴旭业 李国庆 陈刚

0 引言

新能源场站(风电、光伏)在电网中既发电又用电，是双方向电力用户，计量点装设双向计量电能表。目前，电网供电公司根据《功率因数调整电费办法》要求，对新能源场站下网用电执行功率因数考核，考核标准为0.9。新能源场站普遍存在下网用电力率调整电费过高的问题，给新能源发电企业造成了不必要的费用支出。

本文结合目前新能源场站下网电费计算公式，以及多功能电能表中的正、反向无功设置，分析了影响场站下网电费的因素，并提出了利用无功补偿装置进行无功调整的原则和措施。

1 场站下网电费及功率因数的计算

1.1 下网电费计算

新能源场站按用电类别属于大工业用电(部分场站还包含一般工商业用电类别)，电价根据不同用电类别分别执行各自峰谷分时电价，其电费计算公式为：

式中，i为1天中的不同时段，即峰段、平段、谷段。

代征基金及附加是指电网替政府代征收的各类基金和附加费，包括国家重大水利工程建设基金、农网还贷资金、大中型移民后期扶持资金、可再生能源电价附加等。

由式(1)～式(3)可知，除价格外，影响新能源场站下网电费的因素还有计费有功电量和力率调整电费增减率。由于新能源场站的用电主要是设备空载损耗及辅助设备用电，每月用电有功电量变化幅度不大。因此，主要因素是力率调整电费增减率。力率调整电费增减率与功率因数高低有关，功率因数越低，力率调整电费增减率越大，具体可查《功率因数调整电费办法》得知。

1.2 场站功率因数计算及电能表无功四象限定义

1.2.1 场站用电功率因数计算

功率因数，一般称为力率，用cosφ表示。考核用户的功率因数通常取在电费结算(两次抄表)期内功率因数的加权平均值，又称月加权平均功率因数。该值可由电能表中的有功电量及无功电量的月累积数字计算求得[1]，即：

式中，WP为有功电量；WQ为无功电量。

由(4)式可知，提高功率因数的途径是减少无功电量、增加有功电量。

新能源场站发电、用电时的特点为：1)发电时有功负荷受风、光资源影响不恒定，且有间歇性的特点，无功负荷随有功负荷变化而不断变化。2)用电时的负荷主要是设备空载损耗及辅助设备用电，负荷基本恒定。3)风电场用电时间段受风资源影响，基本无规律；而光伏电站用电时间段主要是夜间。在这种情况下，只有减少无功电量，才能提高场站用电功率因数。

1.2.2 电能表无功四象限定义及设置

在电能计量中，变电站、电厂等由于无功计量考核要求的不同，电能表四象限无功计量方式的设置也不同。新能源场站要减少无功电量，提高功率因数，就必须清楚场站计量关口点电能表中的无功是如何定义及设置的。

根据国家标准GB/T 17882和电力行业标准DL/T 645，电能量无功四象限的定义如图1所示。

图1 无功四象限的定义

图1中，测量平面的横轴表示输入有功，纵轴表示输入无功，电流向量用来表示当前的电能输送方向。如此可将电能输送方向区分为4部分，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限代表。也有部分电能表用纵轴表示输入有功，横轴表示输入无功，这类表是按顺时针方向依次定义Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ无功象限。两种类型的定义实质上没有区别。

以新能源场站的电网侧关口计量点为例。当有功潮流由电网流向场站时(场站用电)，若无功潮流也由电网流向场站，则场站相当于“消耗”电网无功，此时对应于无功象限Ⅰ；若无功潮流由场站流向电网，则场站相当于向电网“产生”无功，此时对应于无功象限Ⅳ。当有功潮流由场站流向电网时(场站发电)，若无功潮流也由场站流向电网，则场站相当于向电网“产生”无功，此时对应于无功象限Ⅲ；若无功潮流由电网流向场站，则场站相当于“消耗”电网无功，此时对应于无功象限Ⅱ。

多功能电能表在计量无功电量时首先按四象限原则将无功电量存储于4个象限寄存器中，然后按照编程要求的设置对四象限无功电量进行不同的组合，或相加，或相减，形成两组数据，分别对应存储于“正向无功”寄存器和“反向无功”寄存器。通过这样的无功计量方式，可以使电能表灵活应用于不同的使用场合及不同的计量目的[2]。

2 场站无功调整原则及措施

2.1 无功调整原则

综上所述，同时经笔者调研不同场站电能表，发现电能表的正、反向无功设置主要有两种情况：

1)第一种设置：正、反向无功按无功潮流的方向定义，即正向无功为Ⅰ+Ⅱ象限无功，反向无功为Ⅲ+Ⅳ象限无功。这种设置对新能源场站来说，混合了发电、用电时消耗或产生的无功，用这种正向无功或反向无功来计算场站用电功率因数，造成的结果是功率因数较低。

2)第二种设置：正、反向无功按有功潮流的方向定义，此时正向无功为Ⅰ+Ⅳ象限无功，反向无功为Ⅱ+Ⅲ象限无功。这种设置对新能源场站来说，正、反向无功分别反映的是用电或发电时的消耗、产生无功总电量。

场站减少无功电量就要控制场站并网点无功Q的大小和方向。在不同的电能表正、反向无功设置情况下，场站并网点无功Q的调整原则各不相同。

针对第一种设置计算功率因数时，若计费总无功电量使用Ⅰ+Ⅱ象限无功(正向无功)或Ⅲ+Ⅳ象限无功(反向无功)电量，且计费总有功电量也是对应的正向或反向有功电量的情况，无功调整原则是场站用电、发电时均要多向电网产生无功，并网点无功Q的值尽可能大(在保证电压不超限的前提下)。

针对第二种设置计算功率因数时，若计费总无功电量使用Ⅰ+Ⅳ象限无功(正向无功)或Ⅱ+Ⅲ象限无功(反向无功)电量，且计费总有功电量也是对应的正向或反向有功电量的情况，无功调整原则是用电时只需补偿送出线路消耗(或产生)的无功，并网点无功Q保持在适当值(场站发电时向电网产生无功或从电网消耗无功不影响用电功率因数)。

不论哪种设置，若计算功率因数时，计费总无功电量使用Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ象限无功电量的情况，无功调整原则是用电、发电时均应少向电网产生无功且少从电网消耗无功，并网点无功Q保持适当值。

2.2 无功调整措施

场站调节无功的主要设备是无功补偿装置(SVG)，辅助调节设备是光伏逆变器、风电机组。利用SVG进行无功调节，首先要搞清SVG的控制模式及参数设定。SVG常见控制模式有：

1) SVG无功(恒无功)模式：是指使SVG输出恒定的无功。

2)恒电压模式：使控制侧的母线电压满足目标电压或保持在设定的电压范围内。

3)恒功率因数模式：使控制点的功率因数恒定或在设定范围内。

4)进线无功(恒系统无功)模式：以“进线无功”为控制目标，通过无功补偿使进线无功达到设定要求。进线无功的定义是SVG发生无功和负荷无功的向量和。

5)电压无功综合控制模式：使控制侧电压满足设定范围内，如果满足范围，则将控制无功达到控制目的。

为适应新能源场站发电、用电时的特点，方便无功调节，场站SVG的最佳控制模式是“进线无功(恒系统无功)模式”；若无此控制模式时，可选择“SVG无功(恒无功)模式”。

SVG控制模式选定后，SVG的参数调整只要符合使并网点无功Q值满足无功调整原则即可。因SVG有调节死区，必要时可使用逆变器、风电机组进行辅助调节。

调节无功时需注意的是，对关口计量点在电网侧的场站，需考虑补偿送出线路消耗(或产生)的无功；场站关口计量点在场站侧的不考虑补偿送出线路无功。

3 实际应用案例

以中广核新能源宁夏分公司某风电场和某光伏电站为例，具体数据如表1、表2所示。

由表1可以看出，该风电场计算用电功率因数时，采用的无功电量是Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ象限无功电量。按照前文无功调整原则和措施进行无功调整后，6月无功总量较4月下降63%，功率因数提高近2倍，力率调整电费增减率下降10%；节省了一部分电费，仍有调整优化空间。

由表2可以看出，该光伏电站计算用电功率因数时，采用的无功电量是Ⅱ+Ⅲ象限无功电量。按照前文无功调整原则和措施进行无功调整后，6月无功总量较4月下降84%，功率因数提高近3倍(因6月对光伏逆变器的运行方式进行了优化调整，有功电量有了大幅下降，故6月功率因数较5月低)，力率调整电费增减率下降58%，节省电费效果明显。

表1 某风电场2017年4～6月下网用电功率因数比较

表2 某光伏电站2017年4～6月下网用电功率因数比较

4 结论

经实践表明，本文提出的无功调整原则和措施对提高新能源场站用电功率因数、降低力率调整电费的效果明显，可为其他新能源场站提供参考。另需说明的是，上述无功调整原则与调度要求的无功电压控制(AVC)存在冲突。目前国内一些省份要求新能源场站投入AVC后，已取消了对新能源场站的力率考核。

[1] 严峻. 电力营销计算[M]. 北京: 中国电力出版社, 2015.

[2] 陈欣, 安晓辉, 韩诚. 多功能电能表无功四象限设置及其实际应用[J]. 甘肃科技, 2012, 28(21): 63－65.