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1、視在功率 S、有功功率 P、無功功率 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,是一個標(biāo)量,沒有符號。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=sqrt(P2+Q2)
功率因數(shù)是指在交流電路中,有功功率對視在功率的比值。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,功率因數(shù)為正;當(dāng)系統(tǒng)吸收無功功率時,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,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,其功率因數(shù)為負(fù)。
此外,功率因數(shù)的符號還可以表示負(fù)載的屬性,即負(fù)號用于表示容性負(fù)載, 而正號表示感性負(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“-"表示;傳統(tǒng)的電機(jī)或電動機(jī)負(fù)載為 感性無功,功率因數(shù)可用正號“+"表示。
1、現(xiàn)場接線示意圖
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>
圖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。
計量點(即多功能表上數(shù)據(jù))如圖中紅點所示,計量點有功功率 P1、無功 功率 Q1、視在功率 S1 和功率因數(shù)的關(guān)系如下:
計量有功功率:P1=P2+P3
計量無功功率:Q1=Q2
計量視在功率:S1=sqrt(P12+Q12)
計量功率因數(shù):Cosφ=P1/S1=P1/sqrt(P12+Q12)=1/sqrt(1+(Q1/P1)2)
從上面式子可以看出,計量點功率因數(shù) cosφ的符號功率 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的,所以計量點有功功率 P1 也是在正負(fù)值之間波動,從而導(dǎo)致計量點的功率因數(shù)正負(fù)值之間波動。當(dāng)發(fā) 電功率 P3<負(fù)載消耗功率 P2 時,計量點有功功率為正,對應(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,計量點有功功率為負(fù),對應(yīng)的功率因數(shù)為 負(fù)。
根據(jù)計量點功率因數(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 Q2 或者增加(P2+P3)的值,可以提高瞬時功率因數(shù)。 顯然,對于分子而言,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,驗證 SVG 裝置對 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)電時記錄
當(dāng)光伏發(fā)電功率 P3 大于負(fù)載消耗功率 P2 時,功率因數(shù)會適當(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
如上分析了在光伏輸入的多電源供電系統(tǒng),單點(市電變壓器計量點)功率 因數(shù)的提高方法,總結(jié)有 3 個方面:
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)生的市電電費費用 越高,涉及到生產(chǎn)正常運行,這部分電功率無法主動調(diào)節(jié);另外,因為光伏電價 小于市電電價,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,可以減小對市電的電費支出。所以從 經(jīng)濟(jì)性的角度定性分析(定量分析可通過電費單自行核算),總結(jié)如下 2 點:
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。
通過以上電氣常識介紹、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,電費單 中力率不低于 0.9,力調(diào)電費為獎勵),末端瞬時功率因數(shù)(變壓器計量點的 COS φ)數(shù)值影響因子較多,變化范圍較廣。建議關(guān)注點應(yīng)該在電力公司每月的力率 (0.9 以上)和力調(diào)電費的獎罰比對。 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 評估系統(tǒng)對電網(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)是無法判斷實際系統(tǒng)對無功功率的需求。
2、供電公司力率考核中,力率的計算是通過每個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)注點在力率,而非瞬時的功率 因數(shù)。目前這一點是很多光伏并網(wǎng)現(xiàn)場的一個誤區(qū)。簡言之,力率是通過電量(累 計值)計算的,市電功率因數(shù)是通過功率(瞬時值)計算的。
3、實際目前關(guān)注點應(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。