高供低计分布式光伏用户功率因数调节电费分析研究

廖 涛 ，张欲晓 ，张书仓 ，罗辉勇 ，曾信义 ，张卿瑜

（1. 国网河南省电力公司营销服务中心，河南 郑州 450051; 2. 国网河南省电力公司南阳供电公司，河南 南阳 473000）

专变用户安装自发自用分布式光伏电源后，一方面能满足企业自身用电需求，另一方面剩余电量上网后，可赚取发电上网电费[1]。然而部分高供低计用户却存在功率因数调节电费居高不下的情况，企业通常会采取一定措施降低功率因数调节系数，进而减少功率因数调节电费，但其计算较为复杂，难以有针对性地进行调整，且采用静态无功补偿等方式效果甚微[2]。针对上述问题，本文以某企业2023 年某月电费为例，阐述其电费的组成和计算方法，分析了降低功率因数调节电费和总电费可采取的措施。

1 含自发自用分布式光伏专变用户电费组成

企业电费包含电度电费、基本电费和功率因数调节电费，其中功率因数调节电费根据用户类型，可执行的功率因数标准为0.90、0.85 或0.80[3]。电度电费由电度电价和正向有功电量计算获得，其中电度电价包含输配电价、上网环节线损电费电价、系统运行费电价、保障居民农业用电稳价新增损益电价和政府基金及附加工商业电价。若用户由电网企业代理购电，则电度电价还包含代理购电电价。当用户执行分时电价政策时，输配电价和代理购电价格须细分为尖峰段电价、峰段电价、平段电价和谷段电价。用户用电量一般指有功电量，包括尖峰、峰、平、谷的抄见电量，当用户计量方式为高供低计时，还须考虑变压损耗[4]，以250 kV·A 变压器为例，月有功空载损耗为450 kW·h，月无功空载损耗为2 190 kvar·h，有功负载损耗为实际用电量的0.9%，无功负载损耗为实际用电量的2.8%。

此外，对于分布式光伏自发自用的用户，计算实际功率因数时，不仅须要考虑变压器的无功损耗，同时须要考虑Ⅱ象限无功和Ⅲ象限无功，即用户处于光伏发电余量上网状态时的无功功率也须要考虑在实际功率因数的计算中。

2 企业电量电费计算理论分析

根据电费组成，企业电费计算公式如下：

式中：F合、F电量、F功率因数调节和F基本分别为总电费、电量电费、功率因数调节电费和基本电费。因主要考虑功率因数调节电费，假定用户变压器容量低于315 kV·A，因此基本电费为0，电量电费的计算公式如式（2）～（4）。

式中：F尖、F封、F平、F谷分别为为尖、峰、平、谷输配电价和代理购电电价的电费和，F线损、F运行、F保障、F基金分别为上网环节线损电费、系统运行费、保障居民农业用电稳价新增损益和政府基金及附加工商业电费。参加功率因数调节的电费和功率因数调节电费的计算公式如下：

式中： β功率因数调节系数可查询功率因数调节电费计算表获取。功率因数计算如式（7）所示。式中：P抄见为抄见电量尖峰平谷有功电量的和，P变损为变压器有功损耗，具体计算电价时须要将其分摊至尖峰平谷各段的有功电量中。P变损由空载损耗和负载损耗构成，其计算如式（8）。式中：P变损空载为跟变压器容量相关的定值，可通过查询获得，P变损负载与实际用电量相关。式（7）中Q正、Q反、Q变损分别为正向无功，反向无功和变压器无功损耗，变压器无功损耗如下：

式中：Q变损空载和Q变损负载计算方法可参照有功。

3 企业电量电费实例计算分析

以某企业250 kV·A 变压器，采用高供低计计量方式为例说明[5]，企业安装自发自用分布式光伏电源，功率为200 kW，该企业2023 年某月电费为1 708.89 元。

用户抄见电量P抄见=1 002 kW·h，尖峰平谷电量分别为82、142、326 和250 kW·h。变压器容量为250 kV·A，查询空载损耗表可知，P变损空载和Q变损空载分别为450 kW 和2 190 kvar，负载损耗比例分别为0.9%，2.8%。进而可计算得到变压器有功变损为459 kW，无功变损为2 218 kvar。尖峰平谷下变压器有功变损须要尖峰平谷抄见电量进行分摊[6]，可计算得到尖峰平谷的变压器有功损耗分别为38、65、150 和206 kW·h，附加变压器损耗后的尖峰平谷电量分别为120、207、478 和656 kW·h。

设该月输配电尖峰平谷电价、代理供电尖峰平谷电价、上网环节线损电费电价、系统运行费电价、保障居民农业用电稳价新增损益电价和政府基金及附加费电价分别为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11 和D12，各数值如表1 所示。召测该企业计量点电能表无功电量数据得正反向无功分别为533 kvar·h 和1 685 kvar·h。将抄见电量、变压器损耗和正反向无功代入式（7）可求得功率因数为0.31，查询功率因数调节系数表可知该月功率因数调节系数为0.83。由F电量=F电度+F附加+F基金可知，其电量电费可由附加变压器损耗的尖峰平谷电量和表1 中各类电价的乘积计算得到。将各数据代入式（2）、（3）、（4）可求得该月电量电费为952.95 元。

表1 该月各类电价情况元

将该月电量电费去除政府基金及附加费，综合式（5）可得到参加功率因数调节电费为910.77 元，功率因数调节系数为0.83，因此该月功率因数调节电费为755.94 元，最终该月总电费为1 708.89 元。

4 企业电费分析及措施

根据计算过程和结果进行分析。

企业该月功率因数低至0.31，导致功率因数调节系数达到0.83，进而在电量电费的基础上增加了近83%的功率因数调节电费，从而导致总电费较高。

进一步分析功率因数计算过程可知，导致功率因数偏低的主要原因为参与计算的无功功率过大，其中正向无功为533 kvar，反向无功为1 685 kvar，变压器无功损耗为2 218 kvar，而参与计算的变压器有功损耗仅为459 kW，故而须采取措施降低反向无功和参与计算的变压器无功损耗。

由于参与计算的变压器无功损耗变化定值部分较大，为2 190 kvar·h，而变化部分仅占用电量的2.8%，其下降空间很小，因此考虑降低反向无功。查光伏发电上网关口表可知该月光伏有功发电量为14 995 kW·h，进而计算出实际功率因数为0.993 7。功率因数已接近1，因此反向无功也无太多下降空间。

进一步分析发现，参与功率因数调节电费的实际功率因数之所以偏低，是因为反向无功和变压器无功损耗参与计算[7]。若须去除计算中的反向无功，根据功率因数的要求，只有全量上网的光伏用户可以不考虑反向无功，此种情况与用户实际不符。

若须去除参与计算的变压器无功损耗，则须更改计量方式，可将用户高供低计计量方式变更为高供高计计量方式。若采用高供高计计量方式，须将计量点从变压器低压侧移至变压器高压侧，其具体分析计算如下。

若不考虑参与计算的变压器损耗，则以尖峰平谷电量为基础计算的电费均无须考虑变压器损耗，仅计算各抄见电量即可。根据尖峰平谷的抄见电量和表1 中的各类型电价值，可求得：F电度为585.07 元，F附加为38.11 元，F基金为28.95 元，φ功率因数为0.412 。

查功率因数调节系数表， β功率因数调节系数=0.63 。可求得功率因数调节电费和总电费为392.6 和1 044.74 元。

须要说明的是，由于采用高供高计方式，变压器损耗将由用户承担，变压器损耗包含铁耗和铜耗。由于该用户晚上用电较少，变压器长期处于轻载状态，因此其变压器损耗基本为空载损耗。参考某250 kV·A 变压器自发自用分布式光伏高供高计用户轻载时2022 年全年正向无功具体数值如表2 所示。

表2 某用户2022 年正向无功各月电量值kvar·h

该变压器型号为S11，其有无功空载损耗理论值为有功空载损耗理论值的4.866 72 倍，可求得有功损耗近似为327 kW·h。将其按比例分配到尖峰平谷电量时，损耗电量分别为27，46，107，147 kW·h。各电量数据结合表1 中的电价数据，计算可得：F电度2为776.34 元 ，F附加2为50.54 元，F基金2为38.39 元。

将有功、无功电量各数据代入式（7），可求得功率因数为0.33，其功率因数调节系数为79%。可求得功率因数调节电费和总电费为653.24 元、1 518.51 元。

式中： ∆F为采用高供高计计量方式节省的电费。综合考虑该企业从2022 年8 月至2023 年7 月的电量和电费数据，可求得全年可节省电费2 468 元。

高供低计、高供高计考虑损耗和高供高计不考虑损耗的月电费如图1 所示。不考虑损耗时电费降低较多，但实际变压器存在损耗，这部分损耗会计入变压器高压侧关口表中，因此计入损耗的高供高计计算结果更合理。须要说明的是，采用高供高计计量方式后，须要对计量设备进行一定的改造，若投运组合式互感器和相应的开关及考虑现场施工，须要投入一定的成本资金。从长远考虑，进行高供高计计量方式变更和设备改造，有一定的经济效益。

图1 各计量或计算方式下电费情况

5 结束语

分布式光伏用户采用自发自用、余量上网方式接入电力系统时，部分用户存在实际功率因数降低，功率因数调节系数增大，从而产生较大功率因数调节电费的情况，究其原因一方面是因为自发自用用户计算功率因数调节电费时须考虑反向无功电量，另一方面是采用高供低计计量方式时，须将变压器有功和无功损耗叠加在电量和实际功率因数的计算中，而采用高供高计计量方式时可在一定程度改变参与计算的损耗值[8]。基于此，本文对光伏自发自用用户的电费组成和两种计量方式下的电费情况进行了详细对比，结果表明通过更改计量方式可优化电费方案，为类似专变用户电费计算和成本节省提供有效参考。