【节能学院】安科瑞电能质量治理产品在低压配电光伏并网中的应用

一、基础电气常识说明

1. 视在功率 S、有功功率 P、无功功率 Q

视在功率：交流电路中电压与电流的乘积，通常用于表示用电 / 供电设备的容量，为标量（无符号）。基本表达式为：
S=UI

有功功率：交流电路中电阻元器件消耗的功率，具有正负属性：

P 为 “+” 时，代表设备（或系统）从外界吸收功率；

P 为 “-” 时，代表设备（或系统）向外界输出功率。
例如，发电机、光伏逆变器、风电变流器等发电设备工作时，有功功率为 “-”（向外输出功率）；几乎所有用电负荷的有功功率为 “+”（从外界吸收功率）。基本表达式为：
P=UIcosφ=S·cosφ

无功功率：交流电路中电感或电容元件与电源之间的能量交换功率，不消耗能量，具有正负属性：

Q 为 “+” 时，代表感性无功（电感性负载的电流相位滞后电压）；

Q 为 “-” 时，代表容性无功（电容性负载的电流相位超前电压）。
基本表达式为：
Q=UIsinφ=S·sinφ

三者关系为：
S=√(P²+Q²)

2. 功率因数 cosφ

功率因数是交流电路中有功功率与视在功率的比值，基本表达式为：
cosφ=P/S=P/√(P²+Q²)=1/√[1+(Q/P)²]

功率因数的符号具有双重含义：

与无功功率方向相关：系统输出无功功率时，功率因数为正；吸收无功功率时，功率因数为负（该定义与有功功率方向关联，是电力系统的常规约定）。例如，发电机向电网输出无功时功率因数为正，从电网吸收无功时为负。

与负载属性相关：在特定场景下，正号表示感性负载（如传统电机、电动机，产生感性无功），负号表示容性负载（如变频器、整流器、充电桩等电力电子非线性负载，产生容性无功）。

二、现场功率说明

1. 现场接线示意图

2. 拓扑分析

为便于分析现场功率特性，将系统拓扑等效为双电源供电结构：电源 1 为市电，电源 2 为光伏电源。

计量点功率关系

计量点（多功能表数据采集点，如图中红点所示）的有功功率 P₁、无功功率 Q₁、视在功率 S₁及功率因数的关系如下：

计量有功功率：P₁=P₂+P₃（P₂为负载消耗的有功功率，P₃为光伏输出的有功功率）

计量无功功率：Q₁=Q₂（Q₂为负载消耗的无功功率）

计量视在功率：S₁=√(P₁²+Q₁²)

计量功率因数：cosφ=P₁/S₁=P₁/√(P₁²+Q₁²)=1/√[1+(Q₁/P₁)²]

计量点功率因数的正负特性

由上述公式可知，计量点功率因数 cosφ 的符号与 P₁直接相关，而 P₁=P₂+P₃的数值由负载消耗有功 P₂（正值，因负载吸收有功）与光伏输出有功 P₃（负值，因光伏输出有功）共同决定。由于光伏发电功率与负载消耗功率均为波动值，P₁的正负会随两者关系变化：

当光伏输出功率 | P₃|＜负载消耗功率 P₂时，P₁为正值，对应功率因数为正；

当光伏输出功率 | P₃|＞负载消耗功率 P₂时，P₁为负值，对应功率因数为负。

3. 治理原理分析

由功率因数公式 cosφ=1/√[1+(Q₁/P₁)²] 可知，cosφ 与（Q₁/P₁）呈反相关：（Q₁/P₁）越小，cosφ 越大；反之则越小。结合 Q₁/P₁=Q₂/（P₂+P₃），提高功率因数的途径包括：

减小分子 Q₂：通过 SVG（静止无功发生器）调节负载无功功率 Q₂，降低其有效值；

变大分母（P₂+P₃）：因 P₂为正值、P₃为负值，需变大负载消耗有功 P₂或减小光伏输出有功 | P₃|（但受实际工况限制）。

实例验证：

当光伏不发电（P₃=0）时，P₁=P₂，功率因数显著提高（如图 2-3-1 所示）；

当光伏输出功率 | P₃|＞负载消耗功率 P₂时，P₁为负值，功率因数随两者差值变大而降低（如图 2-3-2 所示）。

4. 经济性分析

在含光伏输入的多电源供电系统中，单点（市电变压器计量点）功率因数的影响因素可归纳为：
① 降低负载无功 Q₂（通过 SVG 调节）；
② 减小光伏输出有功 P₃（绝对值）；
③ 变大负载消耗有功 P₂。

从经济性角度分析：

负载有功 P₂与生产运行直接相关，无法主动调节；且 P₂越大，市电电费越高，故 P₂越小经济性越优。

光伏电价低于市电电价，且光伏倒送电网通常有补贴，故光伏输出有功 P₃越大（绝对值越大），市电电费支出越少，经济性越优。

三、安科瑞电能质量治理产品在低压配电光伏并网系统中的应用

1. 有源电力滤波器（APF）

在低压配电含光伏并网系统中，光伏逆变器等设备运行时会产生丰富的谐波，严重威胁电能质量。安科瑞的有源电力滤波器（APF）可有效应对这一问题。其工作原理是通过实时监测系统电流，准确分离出谐波电流分量，随后利用内部的 PWM 变流技术，快速生成与谐波电流幅值相等、相位相反的补偿电流注入系统，从而实现对 2 - 51 次谐波的滤除。在光伏电站场景中，APF 安装于逆变器输出侧或低压配电母线处，能显著降低谐波含量，保障其他设备免受谐波干扰，稳定运行，提升系统整体可靠性 。

2. 静止无功发生器（SVG）

如前文所述，系统功率因数受负载无功及光伏有功输出波动影响。安科瑞的静止无功发生器（SVG）在此发挥关键作用。它基于全控型电力电子器件 IGBT，实时监测电网电压、电流，迅速计算并生成所需无功功率，实现对感性或容性无功的快速双向补偿。在低压配电含光伏并网系统中，SVG 可安装于市电与光伏电源的并网点或靠近主要负载处。当光伏输出功率变化导致无功需求改变，或负载呈现出复杂无功特性时，SVG 能毫秒级响应，动态调整无功补偿量，确保功率因数稳定在较高水平，降低线路损耗，提升电网输电能力 。

3. 电能质量在线监测装置（APView500）

准确地掌握系统电能质量状况是实施有效治理的前提。安科瑞的电能质量在线监测装置 APView500 可实时监测电网的电压偏差、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 / 短时中断等关键电能质量参数。在低压配电含光伏并网系统中，将 APView500 安装于并网点或关键负荷回路，能持续采集数据，并依据 IEC61000 - 4 - 30 标准进行深度分析，生成详细报告。运维人员借此可及时察觉电能质量问题，追溯问题根源，为合理配置 APF、SVG 等治理设备提供科学、可靠的数据支撑，实现对系统电能质量的监控与精细化管理 。

4. 混合动态滤波补偿装置（ANSVG - G - A）

针对低压配电含光伏并网系统中既存在谐波污染又需进行无功补偿的复杂工况，安科瑞的混合动态滤波补偿装置（ANSVG - G - A）展现出独特优势。该装置以并联方式接入配电系统，通过实时监测系统电流分量，运用控制算法，准确计算出系统所需的无功分量及谐波分量，随后利用三相全桥换流电路，实时生成并注入相应的无功与谐波补偿电流。其不仅能有效补偿无功功率，提升功率因数，还能有效治理系统谐波，消除谐波对设备的损害，解决传统无功补偿装置无法兼顾谐波治理的难题，为系统稳定运行提供坚实保障 。

四、总结

通过对电气常识、功率关系及功率因数影响因子的深入剖析可知，含光伏输入的低压配电系统中，末端瞬时功率因数（变压器计量点 cosφ）受负载功率、光伏功率、无功补偿等多因素综合作用，波动范围广泛且规律复杂。

从经济性角度出发，在含光伏输入场景下，若电费单中力率不低于 0.9，可获得力调电费奖励，实现利益至大化。因此，在关注功率因数提升策略时，应聚焦电力公司每月的力率考核标准（目标≥0.9）及力调电费的奖罚情况，而非过度纠结于瞬时功率因数的频繁波动。安科瑞的电能质量治理产品为改善系统功率因数、提升电能质量提供了有效的解决方案，通过合理配置与应用这些产品，可显著优化低压配电含光伏并网系统的运行性能，降低用电成本，助力系统实现经济、绿色运行 。