如何解决分布式光伏电站关口表功率因数低、谐波污染等问题？

安科瑞戴婷 +Acrel-Fanny

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1. 概述

随着全球对可再生能源需求的增加，分布式光伏电站的建设和发展迅速。然而，分布式光伏电站的运行过程中面临着一系列问题，比如导致企业关口计量点功率因数过低、谐波污染等。这些问题不仅影响光伏电站自身的运行效率，还会对企业内部电网的稳定性和电费成本造成负面影响。为此，安科瑞公司推出了一系列电能质量治理产品，针对分布式光伏电站引起的企业关口功率因数过低、谐波污染等问题提供解决方案。

2. 分布式光伏电站导致的主要电能质量问题

2.1 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。

Cosφ实时=P/√P²+(|Qin|+|Qout|)² （1）

Cosφ考核=Ep/√Ep²+(Eqin+Eqout)² （2）

-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；

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2.2 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变大，造成温度升高，减少使用寿命，甚至直接损坏，这会进一步导致功率因数的降低。

3. 安科瑞电能质量治理产品

图2 分布式光伏电能质量治理解决方案

3.1 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。

3.2 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可以提供快速且准确的无功功率补偿，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)。

2.3 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严格监测的回路。

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。

4. 结论

安科瑞电能质量治理产品在光伏电站的应用中，通过动态补偿谐波、提供无功功率补偿和实时监测电能质量，有效解决了光伏电站面临的功率因数过低和谐波污染问题。这些解决方案不仅帮助企业避免因为功率因数过低而导致的力调电费考核，还可以提高了光伏电站的运行效率和企业微电网的稳定性，使企业更好的使用可再生能源。

审核编辑 黄宇