电力系统功率因数降低会引起许多不良情况。例如使输电线路中的传输电流变大，增加线损；使系统中输送的总电流增加，使电力系统中的电气元件投资费用增大；致使负荷端的电压下降，影响某些用电设备的正常运行；使系统内的电气设备容量不能得以充分利用等。为提高电能使用效率，原水利电力部、国家物价局于1983年出台了《功率因数调整电费办法》，采用经济手段来对客户用电的功率因数进行考核，对促进用户加强无功管理，装设无功补偿设备，节约电能，起到了很大作用。

引言

近年来，我国在大力支持分布式光伏产业，加大补贴力度，分布式光伏得以迅猛发展。分布式光伏电站就近接入用户内部电网，运行方式以用户侧自发自用为主、余电上网为主，一方面提高了用户的供电可靠性，另一方面对用户的功率因数计算造成了影响。目前我国执行的功率因数考核办法从出台距今已有30多年，难以适应分布式光伏等新型电源接入的影响。因此有必要对分布式光伏所发的有功和无功电能对功率因数的影响进行分析。

案例分析1

A公司厂房、办公楼等建筑顶部安装了总容量约6.728MWp的光伏发电系统，该光伏发电项目为金太阳示范工程用户侧并网光伏发电项目的一个子站，于2012年初建成投运。

A公司110kV变电站（以下简称A变）安装两台50MVA主变，电压等级为110kV/10kV，由220kV游乐变2回110kV线路供电。A变110kV侧为内桥接线，10kV采用单母线分段接线方式。光伏工程采用400V并网，直接接入A公司相关厂房配电母线。

A变10kV两段母线各配变了2组4000kVar固定式电容器组，各厂房的配电房内均配置自动投切的电容器组无功补偿装置。A公司2013年9、10、11月份变电站运行方式为2#主变投运，10kV母线母联闭合。

据A公司反映，2013年8月、9月份的电费明细中，出现功率因数不合格罚款问题，月度功率因数分别为0.34和0.81，没有达到0.85的力调标准要求，分别罚款60010.73元和6103.56元。

据了解，A公司生产线受市场影响，在2013年10月份之前处于停产状态，在10月初才开始陆续调试投产，2014年1月份负荷已接近8000kW。

通过对A公司近期运行数据的收集和分析，初步判断造成A公司9月、10月份电费罚款的直接原因为在A公司停产期间，有功电量较低，而光伏发电运行造成了一定的无功电量，致使A公司月度功率因数较低。解决A公司电费罚款问题的方法需要在A公司低负荷运行情况下，对光伏发电造成的无功功率进行补偿，确保功率因数满足考核要求。

由于A公司110kV变电站10kV母线配置的无功补偿装置最低投切容量为4000kvar，不能满足无功补偿的需要，而且在低负荷运行时，配电系统无功补偿装置也不能自动投运，因此需要新增一套无功补偿装置。

公司内部的光伏发电系统并网方式为400V分布式接入，采用在A变10kV母线集中补偿比较合理，考虑A公司低负荷情况下10kV母线并列运行，因此只需要在10kV母线的一段或二段增加一套补偿装置即可，其容量根据低负荷运行时无功功率的波动范围在-410kvar～490kvar之间，因此需要配置容量为±500kvar的动态无功补偿装置。

案例分析2

高压用户B公司通过110kV专线供电。专用变电站现安装1台110kV主变压器，容量为40MVA。专变110kV侧为内桥接线，以1回110kV线路接至220kV秋蒲变211开关；10kV侧为单母线分段接线，10kV母联开关打开。10kV 配电系统采用手动投切的无功补偿方式，总容量为8000kVar，共２套补偿装置。每套补偿装置分三档，分档容量别为800kVar，1200kVar，2000kVar。消弧线圈为800kVar。

2013年10月，B公司在厂房屋顶投资建设的1.2MW分布式光伏发电项目并网运行。接入系统方案为：在B公司101、102、103三栋厂房的屋面上，安装4900块245Wp太阳能电池组件，设计按每20块组件组成一串，每16串接入一个汇流箱，16个汇流箱接入2台直流柜，经2台630kW逆变器逆变为交流315Ｖ，经1台1250kVA的双分裂变压器升压至10kV，再以1回电缆线路接入厂区301配电房10kV母线上。具体接线方式见图２。

2014年1月以后，B公司由于经营原因产量大幅下降，导致月用电量急剧减小，每日最大用电负荷从15000kW 降至300～400kW。自2014年2月开始，该公司的月均功率因数都达不到0.9的考核标准，产生大额的功率因数调整电费。

功率因数差的主要原因为自1月份以后B公司用电急剧下降，变压器接近空载运行，110kV线路和厂区内10kV电缆所产生的容性无功大于感性无功，从产权分界点秋蒲变110kV211开关来看，B公司全天候向电网倒送无功（理论计算分析及变电站采集的负荷曲线均证明此点），导致用户的无功补偿装置（全部为电容器）无法投运（经现场试验，投运一组后向电网倒送的无功加大，功率因数变差），因此用户的功率因数较差。除此之外，部分时段光伏所发电能大于用户用电负荷，存在向电网倒送有功现象，进一步加剧了用户功率因数变差。

表2  B公司2014年2、3、4月功率因数情况

最终B公司亦是在其10kV母线的二段增加一套动态无功补偿装置，以解决其低负荷运行情况下电费罚款问题，确保功率因数满足考核要求。

功率因素的计算方法

关于无功电能四象限测量的定义在《多功能电能表通讯协议》（DL／T645-2007）中做出了规定，如图所示。

《功率因数调整电费办法》（83）水电财字第215号文中规定功率因数的计算：凡装有无功补偿设备且有可能向电网倒送无功电量的用户，应随其负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补偿设备，电业部门并应在计费计量点加装带有防倒装置的反向无功电度表，按倒送的无功电量与实用的无功电量两者的绝对值之和，计算月平均功率因数。

式中感性无功和容性无功的方向是相反的，计算时应采用绝对值相加，才能真实的反映客户的实际无功负荷。根据上述规定，正向无功电能的计量方式应设定为Ⅰ、Ⅳ象限之和，反向无功电能为Ⅱ、Ⅲ象限之和。

分布式光伏接入对用户功率因数的影响

目前分布式光伏大多采用接入用户内部电网的形式并网。国家标准GB29321-2012《光伏发电站无功补偿技术规范》中提出“光伏逆变器功率因数应能在超前0.95～滞后0.95范围内连续可调”，因此光伏发电站本身的功率因数都较高，其吸收或发出的无功较小，对用户的功率因数影响很小。但是由于分布式光伏接入用户内部电网，其所发有功和无功电能将对受电计量点处的有功和无功产生变化，从而影响用户的功率因数。根据目前用户功率因数的考核计算公式，受电计量点处的有功P取用户下受的正向有功，而无功Q取正反向无功绝对值之和。因此用户内部的分布式光伏电站所发的有功电能越大，用户下受的正向有功P越小，对用户的功率因数影响越大。极端情况下，若分布式光伏电站所发的有功电能正好满足用户的用电负荷，也即用户下受的正向有功P一直为零，则用户的功率因数计算结果为零，无论客户安装什么无功补偿装置均不能改善功率因数，可见此时的功率因数已不能实际反映用户的实际无功情况。因此有必要在计算用户供电功率因数时减少或避免分布式光伏的影响。

结论

目前我国执行的功率因数考核办法出台时间已较长，难以适应分布式光伏等新型电源接入的影响。因此有必要对功率因数考核办法及时进行修订，避免用电客户和电网企业就功率因数的考核计算公式产生争议和无故增加动态无功补偿等设备的投资，以更好地促进分布式光伏的发展。