安科瑞電能質量監(jiān)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(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(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)向電網需求有功功率；
-Qin為正向無功功率，即企業(yè)向電網需求無功功率；
-Qout為反向無功功率，即企業(yè)向電網輸送無功功率；
-Ep為考核周期內有功電量，即企業(yè)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(yè)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(yè)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(guī)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(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中，高頻紋波干擾（也是一種諧波）對微電網系統(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(shù)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(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），實時檢測電網電壓的變化，并根據(jù)需要快速產生或吸收無功功率，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，一般安裝于并網點或需要監(jiān)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(tài)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(wěn)定，采用模塊化配置，可根據(jù)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(tǒng)無功需求的靜止無功發(fā)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(xù)的補償，可采用柜式或壁掛式安裝。 | 0.4kV靜止無功發(fā)生器，適用于集中補償 |
壁掛靜止式無功發(fā)生器 |
| AnSVG | 0.4kV靜止無功發(fā)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(tài)變化的諧波電流進行實時跟蹤和補償，快速響應系統(tǒng)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(jiān)測裝置 |
| APView500 | 實時監(jiān)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(tài)監(jiān)測等電能質量，記錄各類電能質量事件，記錄事件發(fā)生前后的波形，輔助用戶分析電能質量發(fā)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(jiān)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(tǒng)計、電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 用于監(jiān)測回路用電量、電氣參數(shù)和電能質量 |
以上設備均可接入AcrelEMS企業(yè)微電網能效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對企業(yè)微電網的實時監(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(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)微電網的穩(wěn)定性，使企業(yè)更好的使用可再生能源。
