配电用户功率因数调整电费的研究

摘 要： 高效、节能、降耗、减负是电力领域的永恒话题。本文主要研究目前在用电环节方面的用户侧无功负荷管理存在的问题。大工业及普通工商业电力用户是地区电能消费的主力，所消费的电能，包含有功电能及很多普通人不了解的無功电能。笔者通过长期的配电管理工作及配电技术改造工作，结合对某地区用户月度功率因数的数据分析，从用电环节的角度，发现并总结出在现有《功率因数调整电费办法》框架下，用户长期有大额功率因数调整电费支出的问题，并提出相应的解决方法——用户侧无功负荷管理服务。

关键词：用户侧无功负荷管理服务;电力经济;功率因数;功率因数调整电费;无功补偿

1 引 言

工业是立国之本，强国之基。新中国成立70年来，中国工业面貌发生了翻天覆地的变化。70年来我国工业增加值增长超970倍，形成了独立完整的现代工业体系。到目前为止，是全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家。而支持这一伟大成就的背后，是遍布全国各地大大小小的工厂企业，以及这些企业都离不开的生产要素——电能。

说到电能的使用，就绕不开无功电能，无功补偿，功率因数，功率因数调整电费。无功补偿，即无功功率补偿，在电力供电配电系统中，起到提高系统功率因数，提高供电效率的作用。合理管理及运用无功补偿装置，可最大限度的降低供电系统传送电能的损耗，提高供电效率，减少电压压降，改善电能质量等。按照电力系统无功功率分级补偿，就地平衡，避免大量无功功率长距离传输的原则，现今在电力系统的发电、输电、变电、配电环节，无功管理及无功技术应用已经十分规范、合理、先进。对于用户侧无功负荷管理，我国电力部门自1983年开始执行《功率因数调整电费办法》（以下统一简称“《办法》”）。该《办法》的主要精神为考核用户的月度功率因数达标情况，通过增收或减免部分调整电费的经济方法，鼓励用户自觉促成月度功率因数达标。而且《办法》的增收或减免部分调整电费，是增收的比例高，减免的比例少，而且减免有一个上限。所以依据《办法》的精神，配电用户月度功率因数达标是最基本要求，达到最高奖励标准应该是对用户、对配电系统、对全社会最优最高效最节能最省钱的要求。

本文就现有《办法》框架下，实际运行出现的用户长期普遍功率因数不及格，长期出现大额功率因数调整电费支出问题进行研究与讨论。笔者曾经在工作过的地级市作过不完全统计，即2015年的前4个月数据，该地级市配电用户月均功率因数不及格用户比例约30%，统计全区域月均总的功率因数调整电费支出合计976万元，推算一年累计功率因数调整电费支出合计高达约1亿元。如有条件作进一步统计及扩大统计范围，则该数额更大。但笔者保守估计，如果管理措施得当及合理的改造投入，全社会可减少一半以上的功率因数调整电费支出或负担，实现高效用电，减轻用电企业负担。

2现状的无功管理

无功管理是通过制定科学的技术规范、合理采取技术措施、先进的管理方法来实现发电、输电、变电、配电、用电全过程的无功负荷管理，实现发电、输电、变电、配电、用电的高效、节能、降耗、减负的目标。现有的无功负荷管理，做得很好的是发、输、变、配电侧的无功负荷管理，而用电/用户侧无功负荷管理不够完善。

2.1 用户侧无功负荷管理及用户电费构成

关于用户侧无功负荷管理，目前国际上主要采用两种方法：一是月度功率因数考核;二是通过无功定价对用户无功电能消耗量或无功负荷容量来核算。我国目前采取的是第一种方法。

根据《办法》要求，符合管理要求的电力用户，月度电费的构成主要由基本电费、电度电费及功率因数调整电费三部分构成。其中前两部分是用户正常应该支付的电费费用，第三部分则根据用户月度功率因数考核达标与否计算需要增收或返还电费。可以通过以下的等式简单理解用户月度电费构成。

电费=基本电费+电度电费+功率因数调整电费

其中“基本电费”又叫容量/需量费，按用户实际变压器安装容量/需量计算;“电度电费”，按用户每月实际消费的有功电量计算;“功率因数调整电费”，是根据用户每月实际的月度功率因数合格与否来计算需要增收或返还电费。如果月度功率因数合格，则用户可以获得一定比例的电费返还，俗称“无功奖励”;如果月度功率因数不合格，则用户需要增加支出一定比例的功率因数调整电费支出，俗称“无功罚款”;如果月度功率因数刚好达标，则不奖不罚。具体用户想了解自身每月月度功率因数是否达标，有否奖罚，可查看相应月份的《电费通知单》里“调整电费”一栏。费用数值为“正值”，则表示该月需要多支出该金额的调整电费;费用数值为“0”，则表示刚好达标，不奖不罚;费用数值为“负值”，则表示该月可以获得该金额的调整电费奖励返还。

2.2 用户侧无功负荷管理技术规范要求

目前用户侧的无功负荷管理技术规范，主要依据为电力部门发布的相关规程，如南方电网发布的《10kV及以下业扩受电工程典型设计技术导则》（以下统一简称“《导则》”）里面“8.3无功补偿”章节。通常电力设计、电力施工、电力管理部门均依据该《导则》进行用户配电设计、设备技术选型、设备管理。该《导则》关于无功补偿技术方面的规定主要有两点：一是无功功率补偿配置原则，二是无功功率补偿容量。具体详见《导则》第8.3无功补偿的章节原文。

2.3 用户侧无功负荷管理要求的用户教育

《供用电合同》条款规定，在用户申请用电时供、用电双方签订的《供用电合同》，里面均明确“无功补偿”“无功补偿考核”等条款，以明确告知供、用电双方，尤其是用电方，必须充分熟悉无功补偿的作用，以及无功补偿考核的方法及电费的构成与计算方法。同时也有合同条款说明，用户应配备相应数量具备从业资格的进网作业电工或委托具备相应资格的代维保养公司来管理电房配电设备。

2.4 智能电能表的普及应用

目前国内智能电能表已经完全普及，用户可以自行实时查看自身用电的瞬时功率因数及当月累计的有功电量与无功电量。如果具备一定的电学知识，则可以通过简单计算得出当月到查询时的累计月度功率因数值，从而预测判断到月末系统月度功率因数合格的可能性。

2.5 电力物联技术的广泛应用

电力部门的相关物联网管理系统已经广泛应用于日常工作及管理，结合智能电能表，可以通过相关的无线通讯网络及物联平台，实时收集、记录及分析管理用户的智能电能表数据。为高效管理数量庞大的用户数据提供措施上的便利。

2.6 低压无功补偿设备产品技术发展

随着10kV及以上无功补偿技术及设备的发展，也推动了低压配电无功补偿技术应用的发展。目前新建的配电项目主要无功补偿设备应用，已经由原来的普通静态无功补偿，逐步发展为动态无功补偿及其他多种先进的无功补偿及电能质量治理设备。

3 一个典型无功受罚改造案例及分析

3.1 案例项目简介

某无功管理的一个大工业电力用户，变压器安装容量1600kVA，是一家老牌大型家用电风扇制造企业。在2007年8月的一次偶然的工作机会，了解到该厂有月度功率因数不及格，有大额的功率因数调整电费支出情况，特进行现场勘察了解情况，并在2007年底进行第一次无功补偿优化技术改造，改造后功率因数提升回0.95。后因为该案例比较有典型性，笔者还进行了长期的效果跟踪。到2018年，发现系统月度功率因数开始有下降的趋势，并最终在2018年11月出现月度功率因数不及格，0.88，出现功率因数调整电费支出。随即进行第二次无功补偿优化技术改造，再次把月度功率因数提升回0.95。

事后通过模拟对比分析计算，无论第一次还是第二次无功补偿优化技术改造，其直接经济效益都十分明显，通常是改造后不到一年，即可通过减少的月度功率因数调整电费回收无功补偿优化技术改造的投资费用。

当然，用户侧的无功补偿优化改造，对供电系统也有减少无功传输引起的电能损耗、减少供电系统的设备损耗、减少供电系统的设备投资、提高供电系统供电能力等一系列的经济效益，本文不做展开讨论。

3.2 案例初步诊断

在2007年底，经现场查看补偿设备运行情况发现其配电房的原配接触器投切纯电容补偿设备基本损坏失效，现场有曾经维修更换过个别电容器或接触器的情况，但总体无功补偿设备基本上是没有无功电流输出的。用户电工反馈，记忆原配无功补偿设备损坏失效情况已经持续好长一段时间，自己曾尝试维修更换过一些元器件，但效果不是很理想，觉得反正没有补偿设备投入，其他配电设备也能正常运行，最后也不了了之，至于有功率调整电费支出情况，因不了解电费的构成，另外该企业的电费是由另一个部门负责支付，电工仅仅负责管理配电设备，所以信息零散，管理盲区，导则无人关注功率因数不及格会导则产生功率因数调整电费支出的问题。

为此，向该用户收集了改造前一年的月度用电数据，进行数据分析。即2006年9月～2007年8月连续12个月的电费数据，详细见表1所示。

通过分析表1数据，可以看到，该用户最近一年的平均月度功率因数为0.81 ;平均月有功用电766647kWh;平均月功率因数调整电费支出24946元，合计一年功率因数调整电费支出高达30万元。

3.3 无功补偿优化技术改造

经过现场勘察结合用电数据分析，最终发现造成长期大额无功受罚的主要原因仅仅是因为配电房无功补偿设备损坏失效后，无人跟进后续管理维修维护。笔者随后向用户提出进行无功补偿优化技术改造建议，后用户采纳建议，投资约20万元重新改造配置了960kvar容量的无功补偿及消谐装置即解决了功率因数不及格问题。

表2所示，为该案例第一次无功补偿优化技术改造后一年，即2007年12月～2008年11月连续12个月的用电数据表。从表2数据分析可以看到，改造后平均月度功率因数提升到0.95 ;平均月用电720740 kWh（改造前后有功电量变化不大）;平均月度无功电量消费则明显大幅度减少，同比月少消费322940kvarh;平均月功率因数调整电费-3874元（负号表示电费奖励返还）。即第一次无功补偿优化技术改造后，在基本用电状况大致相同情况下，同比改造前每月在没有24946元功率因数调整电费支出的基础上，再获得功率因数调整电费奖励返还3875元。一支出一返還，两者相抵差值约3万元每月，合计同比年减少电费支出约36万元。

3.4 无功补偿优化技术改造效果跟进

经过持续10年以上的效果跟进，最近10年该用户企业的基本用电情况，是随市场情况变化，产能逐渐下降，以及部分高能耗生产工艺外包。此后月用电量逐渐随产能的下降而减少，由原来2007年，2008年月用电70多万kWh，到2018年的月用电18万kWh。期间无功补偿设备的整体无功电流输出随着补偿设备的投入使用时间增加而逐渐有所衰减，到后期也出现有小量支路完全失效情况。但在2018年以前，用户的月度功率因数基本稳定保持在0.95。

3.5 无功补偿优化技术改造再修复

到2018年开始，该用户出现月度功率因数下降的趋势。月度功率因数开始从0.95的水平逐渐下降到2018年10月份的0.9的水平，甚至到2018年11月出现功率因数不及格0.88，产生1965元的功率因数调整电费支出。详见表3所示。

当用户再次出现系统月度功率因数不及格情况，发生大额功率因数调整电费支出时，因为用户已经充分认识到无功补偿的作用，且已经建立了无功管理机制。因此，很快即再次修复无功补偿设备，以恢复适配的无功补偿水平，避免长期不及格问题的存在。

第二次无功补偿优化技术改造大约花费3万元，对原有无功补偿及消谐装置予以检查大修，主要是更换了部分已经失效的电容及其他失效的电气元器件，这样用户配电系统很快又恢复了正常无功补偿水平。详见表4所示。

3.6 该用户无功补偿优化技术改造经济效益分析

通过该案例，下面分析一下提高配电系统无功补偿水平对用户的经济效益。本案例，提高无功补偿水平后对用户有一项十分重大的直接经济效益成果——同比节省大量功率因数调整电费支出。这正好体现了《办法》对用户的功率因数考核约束和激励的最直观效果。

粗略计算，从2007年底完成的第一次无功补偿优化技术改造，到2018年底的第二次无功补偿优化技术改造修复，11年间，该无功补偿优化技术改造一共为用户同比节省功率因数调整电费支出约240万元。而该无功补偿优化技术改造投资约为20万元。大约7个月即回收技术改造投资，改造效益也是十分明显。

第二次修复，可以认为是再次进行一次无功补偿优化技术改造，同时又是一个无功改造案例。同样我们计算一下技术改造经济效益。改造前的2018年11月，用户月度功率因数0.88，功率因数调整电费支出1956元。改造后，连续5个月的月均功率因数0.94，月均获得功率因数调整电费奖励返还892元。支出返还两者相抵等于2848元，即第二次改造后同比改造前，在用电情况变化不大的情况下，同比一个月节省功率因数调整电费支出2848元。而本次无功补偿优化技术改造投入费用约为3万元，大约10个月即回收技术改造投资，改造效益也是十分明显。

通过上述一个典型用户的无功补偿优化改造案例全过程的描述与经济效果分析，我们可以看到，无功管理对用户高效，节能，降耗，减负的用电有极其大的作用。最关键的是用户了解无功补偿的作用，当功率因数下降或出现不及格时能及时作出响应与治理。

4 某区域一个月的力率调整电费支出统计

对某区域进行过某年1月～4月用户用电数据统计分析。该区域某年连续4个月动态用户数是22019户，统计因月度功率因数不及格而需要产生功率因数调整电费支出户数月均为6682户，月均比例30%，统计全区域月均总的功率因数调整电费支出合计976万元，推算一年累计功率因数调整电费支出合计约1亿元。详见表5所示。

结合笔者在此前较长一段时间一直从事用户配电技术改造工作，现场勘察治理了一定数量的功率因数不及格用户案例，期间也多次统计分析类似数据，均有大致类似的情况。该区域每年用户数据均有一定的增长，但功率因数不及格用户数比例大致保持20%～30%左右。如果统计对象推广到全省或者全国，则用户年度功率因数调整电费支出总数值更高，相信将会是数以亿计算。而通常功率因数不及格的用户中，保守估计大约50%以上的用户，是可以通过采取适配的、经济合理的无功管理措施来减少或避免功率因数不及格而产生功率因数调整电费支出的。

对于用户侧无功管理，我们有《功率因数调整电费办法》政策层面的约束与激励;有相关的《10kV及以下业扩受电工程典型设计技术导则》予以技术层面的指导;有相关的《供用电合同》条款予以明晰及市场用户教育;有相关的专业电工或代维管理机构予以实操保障。但为何实际用户还长期出现接近30%比例的功率因数不及格情况，长期出现大额功率因数调整电费支出情况而得不到很好的改善情况？如何做才能获得供、用电双方及社会都有利的高效，节能，降耗，减负用电结果呢？

其实，除了现在运行的用户侧无功管理以外，从用户角度看，影响用户功率因数不达标的主要原因有计量方式、用电量、用电是否较平稳、生产的变更、补偿设备是否合理、补偿设备损坏后是否尽快修复、用户对无功补偿的认知及对无功补偿优化技术改造的信任等多方面原因，而且通常是上述某一因素或多个因素共同作用导致的，尽管其表现都为功率因数不及格，但成因却是多方面的，动态的、分散的、不确定的。具体笔者在此前发表的相关技术论文《陶瓷企业应重视无功补偿的节能技术》一文中曾予以阐述，在此不再展开。

这其中最关键的是用户，尤其是用户的决策人对无功补偿作用的认知和对无功补偿优化技术改造的了解、信任。但用户往往对无功补偿作用普遍是认识不足，对需要一定专业技术的无功补偿优化技术改造更是不了解，更难以信任。于是就不难理解为什么有上述无功补偿优化技术改造的案例，区域长期有大量功率因数不及格用户，长期有大额功率因数调整电费支出存在的情况。

5 改善用户功率因数不及格的方法——用户侧无功负荷管理服务

诚然，现行的1983版《功率因数调整电费办法》自发布时至今年2021年，已经接近运行了30年。不可否认，该《功率因數调整电费办法》的确存在一些需要与时俱进的改善，但笔者认为从实际运行效果来分析，比改善或变革《办法》政策层面来得更有效的解决方法——就是做好“最后一公里”的服务，提出进一步延伸和完善“用户侧无功负荷管理服务”。其延伸和完善的核心内容是“服务”两个字，通过专业服务，才能从本质上解决问题，才能更好的为广大用户减少或避免长期出现功率因数不及格情况，减少或避免长期发生大额功率因数调整电费支出情况。

电力管理部门应完善用户侧无功管理职责，把所管辖地区用户功率因数及格率作为一定的用户优质服务工作考核指标。配置相应的专岗，对用户侧无功情况进行管理。

因为用户数量众多，地理分布广，通常一个区域就有数以万计的用户，各用户功率因数合格与否是动态的，有一定的未知性，这无法通过有限的人力来实时管理用户无功情况。有文献提出利用现场管理系统对用户的用电情况进行监测，对用户的功率因数情况进行监控和预警，并对监测不及格用户进行短信通知。

的确可以利用目前智能电能表普及应用及相关电力物联管理系统为基础，进一步开发用户月度功率因数不及格预警功能模块，通过现场的智能电表实时收集用户的用电数据，给电力物联管理系统赋予专门的月度功率因数预测和分析的算法，利用电脑服务器强大的运算功能，进行用户月度功率因数预测计算，并定时生产报表，并短信通知用户。但不仅仅止步于有报表，有短信通知。

电力物联管理系统可以很方便的为用户侧无功管理人员提供基础数据支持，起到快速聚焦功率因数不及格群体。

最后应设计好相应的工作机制和服务流程，对发生用户功率因数不及格时，由专业的技术人员为用户进行有针对性的无功补偿优化技术改造服务。

通过前述一整套专业服务流程，可以帮助广大用户减少或避免出现长期功率因数调整电费支出情况，减少用户群月度功率因数不及格比例。

6  結语

为减少配电用户整体月度功率因数不及格比例，整体提升配电用户月度功率因数水平，合理减少或避免配电用户长期大额功率因数调整电费支出的负担，充分实现《办法》的管理思想，获得全社会高效，节能，降耗，减负的用电效果。应加强用户侧无功负荷管理，目前的《功率因数调整电费办法》有一定的合理性、先进性及可操作性。目前的用户侧无功负荷管理也相对较完善，技术措施也得当。但应进一步完善后续的用户侧无功负荷管理服务，通过延伸和完善现有的用户侧无功负荷管理服务，来充分实现目前已有《功率因数调整电费办法》对用户经济高效用电约束与激励。

随着电力工业及工商业的发展，用户侧无功负荷管理的研究和实践也在不断的变化，管理政策、规范、技术等当然也需要与时俱进。我们应在做好现有《功率因数调整电费办法》的框架下的管理与服务的同时，再不断进一步的探索思考，研究新的《功率因数调整电费办法》来适应未来电力工业及广大工商业的发展。

参考文献

[1]功率因数调整电费办法[Z]. 水利电力部， 1983.

[2]郭琳霞. 功率因数调整电费模型与激励约束机制研究[D]. 北京： 华北电力大学， 2008.

[3]郑厚清.高效. 功率因数无功电力受罚机制研究[J] . 中国电力， 2013， 46（5）： 90-94.

[4]唐寅生， 庄重， 李先怀. 关于修订《功率因数调整电费办法》的论证报告[J]. 南方电网技术， 2009， 3（2）： 42-45.

[5]10kV及以下业扩受电工程典型设计技术导则[Z].中国南方电网，2018.

[6]马汉章. 陶瓷企业应重视无功补偿的节能技术[J]. 佛山陶瓷， 2014， （5）：48-52..

[7]李侠，甘盛松. 一种月度功率因数预测方法及系统[P].中国，CN109188070A. 2019-01-11.

Study on Power Factor Adjustment Tariff of Distribution User

MA Han-zhang

（Guangzhou Weibang Special Vehicles Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong 510425， China）

Abstract： High efficiency， energy saving， consumption reduction and burden reduction are the eternal topics in the field of electric power. This paper mainly studies the problems of reactive power load management on the user side in the current power consumption link. Large industrial and general industrial and commercial power users are the main consumers of electricity in the region.It contains active energy and reactive energy that many ordinary people do not understand. Through long-term distribution management work and distribution technology transformation work， combined with the analysis of monthly power factor data of users in a certain area， from the perspective of power consumption links， the author finds and summarizes that under the framework of the existing "Power Factor Adjustment Tariff Method" .The problems existing in the user's reactive power compensation are analyzed， and the corresponding solutions are put forward， that is， the user's reactive load management service.

Keywords：  user side reactive load management service; Power economy; Power factor; Power factor adjustment tariff; Reactive Power Compensation