安科瑞戴婷 Acrel-Fanny

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

這些電能質量問題不僅影響光伏發電效率，更威脅著電網安全穩定運行。面對這些“頑疾”，行業有哪些解決手段？

光伏并網的雙重挑戰：電壓波動與諧波污染

光伏發電的間歇性和不穩定性，使其并網后常常引發電壓波動。當云層飄過光伏板上空，光照強度的瞬間變化會導致功率輸出突變，進而引起并網點電壓波動甚至閃變。有經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。隨著光伏并網容量增大，大量使用的電力電子器件成為電網中的諧波發生器。即使單臺逆變器滿足諧波要求，多臺逆變器并聯后也會因諧波累加效應產生嚴重污染。

江蘇省電力科學研究院的研究表明，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，造成設備異常發熱。

“現今有很多光伏電站的電能質量不合格，”一位行業專家坦言，“諧波已成為制約大規模光伏并網的關鍵瓶頸之一。”

一、分布式光伏電站導致的主要電能質量問題

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。

-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.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，這會進一步導致功率因數的降低。

二、安科瑞電能質量治理解決方案

系統架構圖

打造“連接”-“監測”-“治理”業務閉環模式

連接收集 ：設備運行狀態全感知 ；智能化終端、本地、云 。

監測分析 ：系統運行風險全掌握 ；電能質量分析、記錄事件過程和擾動方向、 報警事件過程順序分析。

治理優化 ：維護改造升級全預見 ；無功補償、諧波治理、潮流分析、運維 ；優化建議。

①云端、本地

配電信息實時監測 ；預防性維護 ；海量運維數據收集

②數字化面板

監測、報警、操控 連接狀態

③治理效果查詢

無功補償、諧波治理、不 平衡補償、N線電流預測

④電能測量

有線、無線全電參量測量 ；智能終端狀態監測

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、濾波器運行數據，顯示及預測余量

相關硬件

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。

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可以提供快速且精確的無功功率補償，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)。

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重點監測的回路。

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。

審核編輯 黃宇