安科瑞電能質量監測和治理產品在分布式光伏電站的應用
2024-11-05
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安科瑞 劉邁
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，比如導致企業關口計量點功率因數過低、諧波污染等。這些問題不僅影響光伏電站自身的運行效率，還會對企業內部電網的穩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品，針對分布式光伏電站引起的企業關口功率因數過低、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 關口功率因數過低
企業屋頂光伏發電量較大基本能滿足企業內部負荷電能消耗量的時候，企業用電大部分電能取自光伏電站，光伏發電功率因數接近1，關口計量點只需從電網吸收少量有功電能甚至倒送電，而從電網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，會直接造成企業關口功率因數降低而導致被考核電費造成損失。從實時功率因數計算公式（1）和功率因數考核計算公式（2）均可以看出，分布式光伏發電場景下，Q(Eq)保持不變，P(Ep)變小，功率因數也會減小。
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，即企業向電網需求有功功率；
-Qin為正向無功功率，即企業向電網需求無功功率；
-Qout為反向無功功率，即企業向電網輸送無功功率；
-Ep為考核周期內有功電量，即企業向電網需求有功電量；
-Eqin為考核周期內正向無功電量，即企業向電網需求無功電量；
-Eqout為考核周期內反向無功電量，即企業向電網輸送無功電量；
2.2 諧波污染
相關標準對光伏并網逆變器的電能質量均有明確要求，比如NB/T 32004-2018 《光伏并網逆變器技術規范》明確要求光伏并網逆變器注入電網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《光伏并網逆變器技術規范》對逆變器電能質量的要求
但是在多臺逆變器并聯運行的分布式光伏微電網中，高頻紋波干擾（也是一種諧波）對微電網系統存在較大的隱患。并聯電容器組對諧波有放大作用，易發生串聯諧振或并聯諧振，使得系統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提高，造成溫度升高，減少使用壽命，甚至損壞，這會進一步導致功率因數的降低。
3 安科瑞電能質量治理產品
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 靜止無功發生器(SVG)
功能：靜止無功發生器通過使用全控型電力電子器件（如IGBT），實時檢測電網電壓的變化，并根據需要快速產生或吸收無功功率，實現無功功率的快速補償和調節，確保功率因數穩定。
應用：在光伏電站中，SVG可以提供快速的無功功率補償，提高系統的功率因數，可在原有常規電容補償柜基礎上增加SVG，達到更加快速平穩的無功補償控制。
安科瑞SVG產品分為集中治理型(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 電能質量在線監測裝置 (APView500)
功能：電能質量在線監測裝置APView500實時監測實時監測電網電壓偏差、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、電壓電流瞬態監測等電能質量，記錄各類電能質量事件。
應用：在光伏電站中，APView500可以實時監測系統的電能質量，幫助管理人員及時發現并處理電能質量問題，確保系統的穩定運行，一般安裝于并網點或需要監測的回路。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
有源濾波諧波裝置 |
| AnSin | 能夠對動態變化的諧波電流進行實時跟蹤和補償，可補償2-51次諧波，響應時間快，精度高、運行穩定，采用模塊化配置，可根據容量需要增加濾波模塊，可采用柜式或壁掛式安裝。 | 0.4kV有源濾波裝置，適用于集中補償 |
壁掛有源濾波裝置 |
| AnAPF | 0.4kV有源濾波裝置，適用于局部補償或者就地補償 | |
有源無功補償裝置 |
| AnCos | 能夠快速響應系統無功需求的靜止無功發生器，能夠對大小變化的無功以及負序電流進行快速和連續的補償，可采用柜式或壁掛式安裝。 | 0.4kV靜止無功發生器，適用于集中補償 |
壁掛靜止式無功發生器 |
| AnSVG | 0.4kV靜止無功發生器，適用于局部補償或就地補償 | |
壁掛式濾波無功綜合補償裝置 |
| AnSVG-G-A | 能夠對動態變化的諧波電流進行實時跟蹤和補償，快速響應系統無功需求，可以同時進行小容量有源濾波和無功補償，壁掛式安裝。 | 0.4kV綜合補償裝置，適用于局部補償或就地補償 |
電能質量在線監測裝置 |
| APView500 | 實時監測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波、電壓暫升/暫降/短時中斷、電壓電流瞬態監測等電能質量，記錄各類電能質量事件，記錄事件發生前后的波形，輔助用戶分析電能質量發生的原因,定位擾動源。 | 進線回路及重要的出線回路，滿足電能質量監測 |
網絡電力儀表 |
| APM520 | 具有全電量測量，諧波畸變率、電壓合格率統計、電能統計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 用于監測回路用電量、電氣參數和電能質量 |
以上設備均可接入AcrelEMS企業微電網能效管理系統，實現對企業微電網的實時監測、智能預測、動態調控和實時預警，確保企業電網安全、可靠、低碳運行。
4 結論
安科瑞電能質量治理產品在光伏電站的應用中，通過動態補償諧波、提供無功功率補償和實時監測電能質量，有效解決了光伏電站面臨的功率因數過低和諧波污染問題。這些解決方案不僅幫助企業避免因為功率因數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微電網的穩定性，使企業更好的使用可再生能源。
