高供低計(jì)分布式光伏用戶功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)分析研究

廖 濤 ，張欲曉 ，張書倉(cāng) ，羅輝勇 ，曾信義 ，張卿瑜

（1. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司營(yíng)銷服務(wù)中心，河南 鄭州 450051; 2. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司南陽(yáng)供電公司，河南 南陽(yáng) 473000）

專變用戶安裝自發(fā)自用分布式光伏電源后，一方面能滿足企業(yè)自身用電需求，另一方面剩余電量上網(wǎng)后，可賺取發(fā)電上網(wǎng)電費(fèi)[1]。然而部分高供低計(jì)用戶卻存在功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)居高不下的情況，企業(yè)通常會(huì)采取一定措施降低功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)，進(jìn)而減少功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)，但其計(jì)算較為復(fù)雜，難以有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整，且采用靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)确绞叫Ч跷2]。針對(duì)上述問題，本文以某企業(yè)2023 年某月電費(fèi)為例，闡述其電費(fèi)的組成和計(jì)算方法，分析了降低功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)和總電費(fèi)可采取的措施。

1 含自發(fā)自用分布式光伏專變用戶電費(fèi)組成

企業(yè)電費(fèi)包含電度電費(fèi)、基本電費(fèi)和功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)，其中功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)根據(jù)用戶類型，可執(zhí)行的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為0.90、0.85 或0.80[3]。電度電費(fèi)由電度電價(jià)和正向有功電量計(jì)算獲得，其中電度電價(jià)包含輸配電價(jià)、上網(wǎng)環(huán)節(jié)線損電費(fèi)電價(jià)、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)電價(jià)、保障居民農(nóng)業(yè)用電穩(wěn)價(jià)新增損益電價(jià)和政府基金及附加工商業(yè)電價(jià)。若用戶由電網(wǎng)企業(yè)代理購(gòu)電，則電度電價(jià)還包含代理購(gòu)電電價(jià)。當(dāng)用戶執(zhí)行分時(shí)電價(jià)政策時(shí)，輸配電價(jià)和代理購(gòu)電價(jià)格須細(xì)分為尖峰段電價(jià)、峰段電價(jià)、平段電價(jià)和谷段電價(jià)。用戶用電量一般指有功電量，包括尖峰、峰、平、谷的抄見電量，當(dāng)用戶計(jì)量方式為高供低計(jì)時(shí)，還須考慮變壓損耗[4]，以250 kV·A 變壓器為例，月有功空載損耗為450 kW·h，月無(wú)功空載損耗為2 190 kvar·h，有功負(fù)載損耗為實(shí)際用電量的0.9%，無(wú)功負(fù)載損耗為實(shí)際用電量的2.8%。

此外，對(duì)于分布式光伏自發(fā)自用的用戶，計(jì)算實(shí)際功率因數(shù)時(shí)，不僅須要考慮變壓器的無(wú)功損耗，同時(shí)須要考慮Ⅱ象限無(wú)功和Ⅲ象限無(wú)功，即用戶處于光伏發(fā)電余量上網(wǎng)狀態(tài)時(shí)的無(wú)功功率也須要考慮在實(shí)際功率因數(shù)的計(jì)算中。

2 企業(yè)電量電費(fèi)計(jì)算理論分析

根據(jù)電費(fèi)組成，企業(yè)電費(fèi)計(jì)算公式如下：

式中：F合、F電量、F功率因數(shù)調(diào)節(jié)和F基本分別為總電費(fèi)、電量電費(fèi)、功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)和基本電費(fèi)。因主要考慮功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)，假定用戶變壓器容量低于315 kV·A，因此基本電費(fèi)為0，電量電費(fèi)的計(jì)算公式如式（2）～（4）。

式中：F尖、F封、F平、F谷分別為為尖、峰、平、谷輸配電價(jià)和代理購(gòu)電電價(jià)的電費(fèi)和，F(xiàn)線損、F運(yùn)行、F保障、F基金分別為上網(wǎng)環(huán)節(jié)線損電費(fèi)、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)、保障居民農(nóng)業(yè)用電穩(wěn)價(jià)新增損益和政府基金及附加工商業(yè)電費(fèi)。參加功率因數(shù)調(diào)節(jié)的電費(fèi)和功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)的計(jì)算公式如下：

式中： β功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)可查詢功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)計(jì)算表獲取。功率因數(shù)計(jì)算如式（7）所示。式中：P抄見為抄見電量尖峰平谷有功電量的和，P變損為變壓器有功損耗，具體計(jì)算電價(jià)時(shí)須要將其分?jǐn)傊良夥迤焦雀鞫蔚挠泄﹄娏恐?。P變損由空載損耗和負(fù)載損耗構(gòu)成，其計(jì)算如式（8）。式中：P變損空載為跟變壓器容量相關(guān)的定值，可通過(guò)查詢獲得，P變損負(fù)載與實(shí)際用電量相關(guān)。式（7）中Q正、Q反、Q變損分別為正向無(wú)功，反向無(wú)功和變壓器無(wú)功損耗，變壓器無(wú)功損耗如下：

式中：Q變損空載和Q變損負(fù)載計(jì)算方法可參照有功。

3 企業(yè)電量電費(fèi)實(shí)例計(jì)算分析

以某企業(yè)250 kV·A 變壓器，采用高供低計(jì)計(jì)量方式為例說(shuō)明[5]，企業(yè)安裝自發(fā)自用分布式光伏電源，功率為200 kW，該企業(yè)2023 年某月電費(fèi)為1 708.89 元。

用戶抄見電量P抄見=1 002 kW·h，尖峰平谷電量分別為82、142、326 和250 kW·h。變壓器容量為250 kV·A，查詢空載損耗表可知，P變損空載和Q變損空載分別為450 kW 和2 190 kvar，負(fù)載損耗比例分別為0.9%，2.8%。進(jìn)而可計(jì)算得到變壓器有功變損為459 kW，無(wú)功變損為2 218 kvar。尖峰平谷下變壓器有功變損須要尖峰平谷抄見電量進(jìn)行分?jǐn)俒6]，可計(jì)算得到尖峰平谷的變壓器有功損耗分別為38、65、150 和206 kW·h，附加變壓器損耗后的尖峰平谷電量分別為120、207、478 和656 kW·h。

設(shè)該月輸配電尖峰平谷電價(jià)、代理供電尖峰平谷電價(jià)、上網(wǎng)環(huán)節(jié)線損電費(fèi)電價(jià)、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)電價(jià)、保障居民農(nóng)業(yè)用電穩(wěn)價(jià)新增損益電價(jià)和政府基金及附加費(fèi)電價(jià)分別為D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11 和D12，各數(shù)值如表1 所示。召測(cè)該企業(yè)計(jì)量點(diǎn)電能表無(wú)功電量數(shù)據(jù)得正反向無(wú)功分別為533 kvar·h 和1 685 kvar·h。將抄見電量、變壓器損耗和正反向無(wú)功代入式（7）可求得功率因數(shù)為0.31，查詢功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)表可知該月功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)為0.83。由F電量=F電度+F附加+F基金可知，其電量電費(fèi)可由附加變壓器損耗的尖峰平谷電量和表1 中各類電價(jià)的乘積計(jì)算得到。將各數(shù)據(jù)代入式（2）、（3）、（4）可求得該月電量電費(fèi)為952.95 元。

表1 該月各類電價(jià)情況元

將該月電量電費(fèi)去除政府基金及附加費(fèi)，綜合式（5）可得到參加功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)為910.77 元，功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)為0.83，因此該月功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)為755.94 元，最終該月總電費(fèi)為1 708.89 元。

4 企業(yè)電費(fèi)分析及措施

根據(jù)計(jì)算過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行分析。

企業(yè)該月功率因數(shù)低至0.31，導(dǎo)致功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)達(dá)到0.83，進(jìn)而在電量電費(fèi)的基礎(chǔ)上增加了近83%的功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)，從而導(dǎo)致總電費(fèi)較高。

進(jìn)一步分析功率因數(shù)計(jì)算過(guò)程可知，導(dǎo)致功率因數(shù)偏低的主要原因?yàn)閰⑴c計(jì)算的無(wú)功功率過(guò)大，其中正向無(wú)功為533 kvar，反向無(wú)功為1 685 kvar，變壓器無(wú)功損耗為2 218 kvar，而參與計(jì)算的變壓器有功損耗僅為459 kW，故而須采取措施降低反向無(wú)功和參與計(jì)算的變壓器無(wú)功損耗。

由于參與計(jì)算的變壓器無(wú)功損耗變化定值部分較大，為2 190 kvar·h，而變化部分僅占用電量的2.8%，其下降空間很小，因此考慮降低反向無(wú)功。查光伏發(fā)電上網(wǎng)關(guān)口表可知該月光伏有功發(fā)電量為14 995 kW·h，進(jìn)而計(jì)算出實(shí)際功率因數(shù)為0.993 7。功率因數(shù)已接近1，因此反向無(wú)功也無(wú)太多下降空間。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，參與功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)的實(shí)際功率因數(shù)之所以偏低，是因?yàn)榉聪驘o(wú)功和變壓器無(wú)功損耗參與計(jì)算[7]。若須去除計(jì)算中的反向無(wú)功，根據(jù)功率因數(shù)的要求，只有全量上網(wǎng)的光伏用戶可以不考慮反向無(wú)功，此種情況與用戶實(shí)際不符。

若須去除參與計(jì)算的變壓器無(wú)功損耗，則須更改計(jì)量方式，可將用戶高供低計(jì)計(jì)量方式變更為高供高計(jì)計(jì)量方式。若采用高供高計(jì)計(jì)量方式，須將計(jì)量點(diǎn)從變壓器低壓側(cè)移至變壓器高壓側(cè)，其具體分析計(jì)算如下。

若不考慮參與計(jì)算的變壓器損耗，則以尖峰平谷電量為基礎(chǔ)計(jì)算的電費(fèi)均無(wú)須考慮變壓器損耗，僅計(jì)算各抄見電量即可。根據(jù)尖峰平谷的抄見電量和表1 中的各類型電價(jià)值，可求得：F電度為585.07 元，F(xiàn)附加為38.11 元，F(xiàn)基金為28.95 元，φ功率因數(shù)為0.412 。

查功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)表， β功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)=0.63 。可求得功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)和總電費(fèi)為392.6 和1 044.74 元。

須要說(shuō)明的是，由于采用高供高計(jì)方式，變壓器損耗將由用戶承擔(dān)，變壓器損耗包含鐵耗和銅耗。由于該用戶晚上用電較少，變壓器長(zhǎng)期處于輕載狀態(tài)，因此其變壓器損耗基本為空載損耗。參考某250 kV·A 變壓器自發(fā)自用分布式光伏高供高計(jì)用戶輕載時(shí)2022 年全年正向無(wú)功具體數(shù)值如表2 所示。

表2 某用戶2022 年正向無(wú)功各月電量值kvar·h

該變壓器型號(hào)為S11，其有無(wú)功空載損耗理論值為有功空載損耗理論值的4.866 72 倍，可求得有功損耗近似為327 kW·h。將其按比例分配到尖峰平谷電量時(shí)，損耗電量分別為27，46，107，147 kW·h。各電量數(shù)據(jù)結(jié)合表1 中的電價(jià)數(shù)據(jù)，計(jì)算可得：F電度2為776.34 元 ，F(xiàn)附加2為50.54 元，F(xiàn)基金2為38.39 元。

將有功、無(wú)功電量各數(shù)據(jù)代入式（7），可求得功率因數(shù)為0.33，其功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)為79%。可求得功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)和總電費(fèi)為653.24 元、1 518.51 元。

式中： ?F為采用高供高計(jì)計(jì)量方式節(jié)省的電費(fèi)。綜合考慮該企業(yè)從2022 年8 月至2023 年7 月的電量和電費(fèi)數(shù)據(jù)，可求得全年可節(jié)省電費(fèi)2 468 元。

高供低計(jì)、高供高計(jì)考慮損耗和高供高計(jì)不考慮損耗的月電費(fèi)如圖1 所示。不考慮損耗時(shí)電費(fèi)降低較多，但實(shí)際變壓器存在損耗，這部分損耗會(huì)計(jì)入變壓器高壓側(cè)關(guān)口表中，因此計(jì)入損耗的高供高計(jì)計(jì)算結(jié)果更合理。須要說(shuō)明的是，采用高供高計(jì)計(jì)量方式后，須要對(duì)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行一定的改造，若投運(yùn)組合式互感器和相應(yīng)的開關(guān)及考慮現(xiàn)場(chǎng)施工，須要投入一定的成本資金。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，進(jìn)行高供高計(jì)計(jì)量方式變更和設(shè)備改造，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 各計(jì)量或計(jì)算方式下電費(fèi)情況

5 結(jié)束語(yǔ)

分布式光伏用戶采用自發(fā)自用、余量上網(wǎng)方式接入電力系統(tǒng)時(shí)，部分用戶存在實(shí)際功率因數(shù)降低，功率因數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)增大，從而產(chǎn)生較大功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)的情況，究其原因一方面是因?yàn)樽园l(fā)自用用戶計(jì)算功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)時(shí)須考慮反向無(wú)功電量，另一方面是采用高供低計(jì)計(jì)量方式時(shí)，須將變壓器有功和無(wú)功損耗疊加在電量和實(shí)際功率因數(shù)的計(jì)算中，而采用高供高計(jì)計(jì)量方式時(shí)可在一定程度改變參與計(jì)算的損耗值[8]?；诖?，本文對(duì)光伏自發(fā)自用用戶的電費(fèi)組成和兩種計(jì)量方式下的電費(fèi)情況進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比，結(jié)果表明通過(guò)更改計(jì)量方式可優(yōu)化電費(fèi)方案，為類似專變用戶電費(fèi)計(jì)算和成本節(jié)省提供有效參考。