低压配电光伏并网谐波问题解决方案安科瑞谐波治理产品解决方案

销售工程师 王鑫杰13524471462

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）。

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

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

产品实物展示

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 。

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 。

审核编辑 黄宇