如何解決分布式光伏電站關口表功率因數(shù)低、諧波污染等問題？

安科瑞戴婷 +Acrel-Fanny

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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，比如導致企業(yè)關口計量點功率因數(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量治理產(chǎn)品，針對分布式光伏電站引起的企業(yè)關口功率因數(shù)過低、諧波污染等問題提供解決方案。

2. 分布式光伏電站導致的主要電能質量問題

2.1 關口功率因數(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)關口功率因數(shù)降低而導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+(|Qin|+|Qout|)2 （1）

Cosφ考核=Ep/√Ep2+(Eqin+Eqout)2 （2）

-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為考核周期內反向無功電量，即企業(yè)向電網(wǎng)輸送無功電量；

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2.2 諧波污染

相關標準對光伏并網(wǎng)逆變器的電能質量均有明確要求，比如NB/T 32004-2018 《光伏并網(wǎng)逆變器技術規(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)逆變器技術規(guī)范》對逆變器電能質量的要求

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變大，造成溫度升高，減少使用壽命，甚至直接損壞，這會進一步導致功率因數(shù)的降低。

3. 安科瑞電能質量治理產(chǎn)品

圖2 分布式光伏電能質量治理解決方案

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，提高電能質量，保護其他設備的正常運行。

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節(jié)，確保功率因數(shù)穩(wěn)定。

應用：在光伏電站中，SVG可以提供快速且準確的無功功率補償，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 電能質量在線監(jiān)測裝置 (APView500)

功能：電能質量在線監(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)測等電能質量，記錄各類電能質量事件。

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

以上設備均可接入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、智能預測、動態(tài)調控和實時預警，確保企業(yè)電網(wǎng)安全、可靠、低碳運行。

4. 結論

安科瑞電能質量治理產(chǎn)品在光伏電站的應用中，通過動態(tài)補償諧波、提供無功功率補償和實時監(jiān)測電能質量，有效解決了光伏電站面臨的功率因數(shù)過低和諧波污染問題。這些解決方案不僅幫助企業(yè)避免因為功率因數(shù)過低而導致的力調電費考核，還可以提高了光伏電站的運行效率和企業(yè)微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，使企業(yè)更好的使用可再生能源。

審核編輯 黃宇