電能質(zhì)量治理產(chǎn)品在分布式光伏電站的應(yīng)用

1. 概述

隨著全球對可再生能源需求的增加，分布式光伏電站的建設(shè)和發(fā)展迅速。然而，分布式光伏電站的運行過程中面臨著一系列問題，比如導(dǎo)致企業(yè)關(guān)口計量點功率因數(shù)過低、諧波污染等。這些問題不僅影響光伏電站自身的運行效率，還會對企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電費成本造成負面影響。為此，安科瑞公司推出了一系列電能質(zhì)量治理產(chǎn)品，針對分布式光伏電站引起的企業(yè)關(guān)口功率因數(shù)過低、諧波污染等問題提供解決方案。

2. 分布式光伏電站導(dǎo)致的主要電能質(zhì)量問題

2.1 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(dāng)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。

Cosφ_實時=P/√P2+(|Q_in|+|Q_out|)2     （1）

Cosφ_考核=Ep/√Ep2+(Eq_in+Eq_out)2    （2）

-P為正向有功功率，即企業(yè)向電網(wǎng)需求有功功率；

-Q_in為正向無功功率，即企業(yè)向電網(wǎng)需求無功功率；

-Q_out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；

-Eq_in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；

-Eq_out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；

2.2 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，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，甚至損壞，這會進一步導(dǎo)致功率因數(shù)的降低。

3. 安科瑞電能質(zhì)量治理產(chǎn)品

圖2 分布式光伏電能質(zhì)量治理解決方案

3.1 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。

3.2 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)。

2.3 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置 (APView500)

功能：電能質(zhì)量在線檢測儀實時監(jiān)測系統(tǒng)的電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓、電流、功率因數(shù)、諧波等，記錄總諧波畸變率和分次諧波數(shù)據(jù)，精確捕獲電能質(zhì)量異常事件。

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。

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。

3 防孤島保護裝置

是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，許多重要場所0.4kV的低壓變電站都會引入燃油發(fā)電機或者小型光伏變電站，這些基本為用戶側(cè)自備式電源系統(tǒng)，自發(fā)自用，不向中壓電網(wǎng)或高壓電網(wǎng)饋電。本文介紹的AM5SE-IS防孤島保護裝置頻率突變功能可對線路中的頻率變化率進行實時監(jiān)測，當(dāng)檢測到頻率變化率超過了規(guī)定的定值時，裝置發(fā)出頻率突變跳閘命令跳開斷路器。有壓自動合閘功能可做到光伏電站系統(tǒng)欠壓/失壓自動跳閘，檢有壓后自動合閘。這樣既可保證設(shè)備的安全，電網(wǎng)的穩(wěn)定，又可降低人力維護成本。

4. 結(jié)論

安科瑞電能質(zhì)量治理產(chǎn)品在光伏電站的應(yīng)用中，通過動態(tài)補償諧波、提供無功功率補償和實時監(jiān)測電能質(zhì)量，有效解決了光伏電站面臨的功率因數(shù)過低和電能質(zhì)量問題。這些解決方案不僅提高了光伏電站的運行效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性，還為光伏電站的長期穩(wěn)定運行提