安科瑞戴婷 Acrel-Fanny

隨著光伏發(fā)電的廣泛應(yīng)用，越來越多光伏電站并網(wǎng)運行后，卻面臨一個尷尬局面：盡管安裝了變流器（PCS），系統(tǒng)仍頻繁出現(xiàn)電壓波動、諧波污染等問題。

這些電能質(zhì)量問題不僅影響光伏發(fā)電效率，更威脅著電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。面對這些“頑疾”，行業(yè)有哪些解決手段？

光伏并網(wǎng)的雙重挑戰(zhàn)：電壓波動與諧波污染

光伏發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性，使其并網(wǎng)后常常引發(fā)電壓波動。當云層飄過光伏板上空，光照強度的瞬間變化會導(dǎo)致功率輸出突變，進而引起并網(wǎng)點電壓波動甚至閃變。有經(jīng)驗的電站運維人員都知道，一朵云飄過就可能讓電壓表指針搖擺不定。

更棘手的是諧波問題。隨著光伏并網(wǎng)容量增大，大量使用的電力電子器件成為電網(wǎng)中的諧波發(fā)生器。即使單臺逆變器滿足諧波要求，多臺逆變器并聯(lián)后也會因諧波累加效應(yīng)產(chǎn)生嚴重污染。

江蘇省電力科學(xué)研究院的研究表明，光照強度的突變不僅影響諧波，還會增加間諧波含量，這類高頻干擾會干擾通信系統(tǒng)，造成設(shè)備異常發(fā)熱。

“現(xiàn)今有很多光伏電站的電能質(zhì)量不合格，”一位行業(yè)專家坦言，“諧波已成為制約大規(guī)模光伏并網(wǎng)的關(guān)鍵瓶頸之一。”

一、分布式光伏電站導(dǎo)致的主要電能質(zhì)量問題

1. 關(guān)口功率因數(shù)過低

企業(yè)屋頂光伏發(fā)電量較大基本能滿足企業(yè)內(nèi)部負荷電能消耗量的時候，企業(yè)用電大部分電能取自光伏電站，光伏發(fā)電功率因數(shù)接近1，關(guān)口計量點只需從電網(wǎng)吸收少量有功電能甚至倒送電，而從電網(wǎng)獲取的無功需求變化不大，當內(nèi)部電容補償達不到要求或者不能正確動作時，會直接造成企業(yè)關(guān)口功率因數(shù)降低而導(dǎo)致被考核電費造成損失。從實時功率因數(shù)計算公式（1）和功率因數(shù)考核計算公式（2）均可以看出，分布式光伏發(fā)電場景下，Q(Eq)保持不變，P(Ep)變小，功率因數(shù)也會減小。

-P為正向有功功率，即企業(yè)向電網(wǎng)需求有功功率；

-Qin為正向無功功率，即企業(yè)向電網(wǎng)需求無功功率；

-Qout為反向無功功率，即企業(yè)向電網(wǎng)輸送無功功率；

-Ep為考核周期內(nèi)有功電量，即企業(yè)向電網(wǎng)需求有功電量；

-Eqin為考核周期內(nèi)正向無功電量，即企業(yè)向電網(wǎng)需求無功電量；

-Eqout為考核周期內(nèi)反向無功電量，即企業(yè)向電網(wǎng)輸送無功電量；

2.諧波污染

相關(guān)標準對光伏并網(wǎng)逆變器的電能質(zhì)量均有明確要求，比如NB/T 32004-2018 《光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范》明確要求光伏并網(wǎng)逆變器注入電網(wǎng)電流總諧波畸變率不超過5%，并且對相關(guān)奇偶次諧波畸變均有要求。功率因數(shù)在輸出達到額定功率20%~50%時不低于0.95，在超過額定功率50%時不低于0.98。

圖1 NB/T 32004-2018《光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范》對逆變器電能質(zhì)量的要求

但是在多臺逆變器并聯(lián)運行的分布式光伏微電網(wǎng)中，高頻紋波干擾（也是一種諧波）對微電網(wǎng)系統(tǒng)存在較大的隱患。并聯(lián)電容器組對諧波有放大作用，易發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，使得系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴重；由于諧波電流疊加在電容器基波電流上，使電容器的電流有效值增大，造成溫度升高，減少使用壽命，甚至永久損壞，這會進一步導(dǎo)致功率因數(shù)的降低。

二、安科瑞電能質(zhì)量治理解決方案

系統(tǒng)架構(gòu)圖

打造“連接”-“監(jiān)測”-“治理”業(yè)務(wù)閉環(huán)模式

連接收集 ：設(shè)備運行狀態(tài)全感知 ；智能化終端、本地、云 。

監(jiān)測分析 ：系統(tǒng)運行風(fēng)險全掌握 ；電能質(zhì)量分析、記錄事件過程和擾動方向、 報警事件過程順序分析。

治理優(yōu)化 ：維護改造升級全預(yù)見 ；無功補償、諧波治理、潮流分析、運維 ；優(yōu)化建議。

①云端、本地

配電信息實時監(jiān)測 ；預(yù)防性維護 ；海量運維數(shù)據(jù)收集

②數(shù)字化面板

監(jiān)測、報警、操控 連接狀態(tài)

③治理效果查詢

無功補償、諧波治理、不 平衡補償、N線電流預(yù)測

④電能測量

有線、無線全電參量測量 ；智能終端狀態(tài)監(jiān)測

⑤無線溫度時顯

母排、斷路器、連接點、 線纜等溫度顯示

⑥智能控制器

電容器、濾波器運行數(shù)據(jù)，顯示及預(yù)測余量

相關(guān)硬件

① 有源電力濾波器(APF)

功能：有源電力濾波器通過動態(tài)補償諧波，改善電能質(zhì)量。它可以對2~51次諧波進行全補償或指定特定次諧波進行補償，具備完善的橋臂過流保護、直流過壓保護和裝置過溫保護功能。

應(yīng)用：在光伏電站中，有源電力濾波器可以有效濾除逆變器產(chǎn)生的諧波，提高電能質(zhì)量，保護其他設(shè)備的正常運行。

安科瑞有源電力濾波器分為集中治理型(AnSin，柜式，一般集中治理，安裝在低壓進線處)和就地治理型(AnAPF或AnSVG-G-A，壁掛式，用于治理某個特定回路)，搭配使用治理效果更好。

② 靜止無功發(fā)生器(SVG)

功能：靜止無功發(fā)生器通過使用全控型電力電子器件（如IGBT），實時檢測電網(wǎng)電壓的變化，并根據(jù)需要快速產(chǎn)生或吸收無功功率，實現(xiàn)無功功率的快速補償和調(diào)節(jié)，確保功率因數(shù)穩(wěn)定。

應(yīng)用：在光伏電站中，SVG可以提供快速且精確的無功功率補償，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，可在原有常規(guī)電容補償柜基礎(chǔ)上增加SVG，達到更加快速平穩(wěn)的無功補償控制。

安科瑞SVG產(chǎn)品分為集中治理型(AnCOS，柜式，集中補償柜，一般安裝在低壓進線處，位于有源濾波柜之前)和就地治理型(AnSVG或AnSVG-G-A，壁掛式，用于治理某個特定回路)。

③ 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置 (APView500)

功能：電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置APView500實時監(jiān)測實時監(jiān)測電網(wǎng)電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波畸變、電壓暫升/暫降/短時中斷、電壓電流瞬態(tài)監(jiān)測等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件。

應(yīng)用：在光伏電站中，APView500可以實時監(jiān)測系統(tǒng)的電能質(zhì)量，幫助管理人員及時發(fā)現(xiàn)并處理電能質(zhì)量問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，一般安裝于并網(wǎng)點或需要重點監(jiān)測的回路。

以上設(shè)備均可接入AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對企業(yè)微電網(wǎng)的實時監(jiān)測、智能預(yù)測、動態(tài)調(diào)控和實時預(yù)警，確保企業(yè)電網(wǎng)安全、可靠、低碳運行。

審核編輯 黃宇