安科瑞电能质量治理解决方案，助力分布式光伏电站解决关口功率因数过低、谐波污染等问题

安科瑞戴婷 Acrel-Fanny

随着光伏发电的广泛应用，越来越多光伏电站并网运行后，却面临一个尴尬局面：尽管安装了变流器（PCS），系统仍频繁出现电压波动、谐波污染等问题。

这些电能质量问题不仅影响光伏发电效率，更威胁着电网安全稳定运行。面对这些“顽疾”，行业有哪些解决手段？

光伏并网的双重挑战：电压波动与谐波污染

光伏发电的间歇性和不稳定性，使其并网后常常引发电压波动。当云层飘过光伏板上空，光照强度的瞬间变化会导致功率输出突变，进而引起并网点电压波动甚至闪变。有经验的电站运维人员都知道，一朵云飘过就可能让电压表指针摇摆不定。

更棘手的是谐波问题。随着光伏并网容量增大，大量使用的电力电子器件成为电网中的谐波发生器。即使单台逆变器满足谐波要求，多台逆变器并联后也会因谐波累加效应产生严重污染。

江苏省电力科学研究院的研究表明，光照强度的突变不仅影响谐波，还会增加间谐波含量，这类高频干扰会干扰通信系统，造成设备异常发热。

“现今有很多光伏电站的电能质量不合格，”一位行业专家坦言，“谐波已成为制约大规模光伏并网的关键瓶颈之一。”

一、分布式光伏电站导致的主要电能质量问题

1. 关口功率因数过低

企业屋顶光伏发电量较大基本能满足企业内部负荷电能消耗量的时候，企业用电大部分电能取自光伏电站，光伏发电功率因数接近1，关口计量点只需从电网吸收少量有功电能甚至倒送电，而从电网获取的无功需求变化不大，当内部电容补偿达不到要求或者不能正确动作时，会直接造成企业关口功率因数降低而导致被考核电费造成损失。从实时功率因数计算公式（1）和功率因数考核计算公式（2）均可以看出，分布式光伏发电场景下，Q(Eq)保持不变，P(Ep)变小，功率因数也会减小。

-P为正向有功功率，即企业向电网需求有功功率；

-Qin为正向无功功率，即企业向电网需求无功功率；

-Qout为反向无功功率，即企业向电网输送无功功率；

-Ep为考核周期内有功电量，即企业向电网需求有功电量；

-Eqin为考核周期内正向无功电量，即企业向电网需求无功电量；

-Eqout为考核周期内反向无功电量，即企业向电网输送无功电量；

2.谐波污染

相关标准对光伏并网逆变器的电能质量均有明确要求，比如NB/T 32004-2018 《光伏并网逆变器技术规范》明确要求光伏并网逆变器注入电网电流总谐波畸变率不超过5%，并且对相关奇偶次谐波畸变均有要求。功率因数在输出达到额定功率20%~50%时不低于0.95，在超过额定功率50%时不低于0.98。

图1 NB/T 32004-2018《光伏并网逆变器技术规范》对逆变器电能质量的要求

但是在多台逆变器并联运行的分布式光伏微电网中，高频纹波干扰（也是一种谐波）对微电网系统存在较大的隐患。并联电容器组对谐波有放大作用，易发生串联谐振或并联谐振，使得系统电压及电流的畸变更加严重；由于谐波电流叠加在电容器基波电流上，使电容器的电流有效值增大，造成温度升高，减少使用寿命，甚至永久损坏，这会进一步导致功率因数的降低。

二、安科瑞电能质量治理解决方案

系统架构图

打造“连接”-“监测”-“治理”业务闭环模式

连接收集 ：设备运行状态全感知 ；智能化终端、本地、云 。

监测分析 ：系统运行风险全掌握 ；电能质量分析、记录事件过程和扰动方向、 报警事件过程顺序分析。

治理优化 ：维护改造升级全预见 ；无功补偿、谐波治理、潮流分析、运维 ；优化建议。

①云端、本地

配电信息实时监测 ；预防性维护 ；海量运维数据收集

②数字化面板

监测、报警、操控 连接状态

③治理效果查询

无功补偿、谐波治理、不 平衡补偿、N线电流预测

④电能测量

有线、无线全电参量测量 ；智能终端状态监测

⑤无线温度时显

母排、断路器、连接点、 线缆等温度显示

⑥智能控制器

电容器、滤波器运行数据，显示及预测余量

相关硬件

① 有源电力滤波器(APF)

功能：有源电力滤波器通过动态补偿谐波，改善电能质量。它可以对2~51次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿，具备完善的桥臂过流保护、直流过压保护和装置过温保护功能。

应用：在光伏电站中，有源电力滤波器可以有效滤除逆变器产生的谐波，提高电能质量，保护其他设备的正常运行。

安科瑞有源电力滤波器分为集中治理型(AnSin，柜式，一般集中治理，安装在低压进线处)和就地治理型(AnAPF或AnSVG-G-A，壁挂式，用于治理某个特定回路)，搭配使用治理效果更好。

② 静止无功发生器(SVG)

功能：静止无功发生器通过使用全控型电力电子器件（如IGBT），实时检测电网电压的变化，并根据需要快速产生或吸收无功功率，实现无功功率的快速补偿和调节，确保功率因数稳定。

应用：在光伏电站中，SVG可以提供快速且精确的无功功率补偿，提高系统的功率因数，可在原有常规电容补偿柜基础上增加SVG，达到更加快速平稳的无功补偿控制。

安科瑞SVG产品分为集中治理型(AnCOS，柜式，集中补偿柜，一般安装在低压进线处，位于有源滤波柜之前)和就地治理型(AnSVG或AnSVG-G-A，壁挂式，用于治理某个特定回路)。

③ 电能质量在线监测装置 (APView500)

功能：电能质量在线监测装置APView500实时监测实时监测电网电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波畸变、电压暂升/暂降/短时中断、电压电流瞬态监测等电能质量，记录各类电能质量事件。

应用：在光伏电站中，APView500可以实时监测系统的电能质量，帮助管理人员及时发现并处理电能质量问题，确保系统的稳定运行，一般安装于并网点或需要重点监测的回路。

以上设备均可接入AcrelEMS企业微电网能效管理系统，实现对企业微电网的实时监测、智能预测、动态调控和实时预警，确保企业电网安全、可靠、低碳运行。

审核编辑 黄宇