摘要
分布式光伏并網(wǎng)后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)開關(guān)跳閘、電壓降、低功率因數(shù)導(dǎo)致處罰等現(xiàn)象。本文分析了這些問題的原因，并對光伏逆變器制造商提供的解決方案進(jìn)行了介紹和評(píng)論。最后，結(jié)合恩玖在電能質(zhì)量管理方面的多年經(jīng)驗(yàn)，給出了一個(gè)簡單且具有成本效益的解決方案。
關(guān)鍵字
光伏， 電能質(zhì)量， 恩玖科技
介紹
全球光伏累計(jì)裝機(jī)容量逐年加快。分布式光伏并網(wǎng)后，在為業(yè)主提供可再生能源的同時(shí)，主電路開關(guān)跳閘，電壓下降，甚至因功率因數(shù)降低等原因受到電網(wǎng)公司的處罰。投資回報(bào)率較低。
本文分析并討論了分布式光伏并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響、原因及常見解決方案，并基于恩玖多年的電能質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)，提供了一種簡單、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。
分布式光伏對電能質(zhì)量的影響
分布式光伏的工作原理
分布式光伏系統(tǒng)由產(chǎn)生直流電的太陽能電池板和連續(xù)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的太陽能逆變器組成。逆變器直接連接到電網(wǎng)。
分布式光伏系統(tǒng)常見電能質(zhì)量問題
由于光伏逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電力電子設(shè)備，因此會(huì)引起一些電能質(zhì)量問題，例如剩余直流電和諧波。如果光伏逆變器沒有正確集成到電氣系統(tǒng)中，還可能導(dǎo)致三相不平衡或功率因數(shù)下降。
諧波問題
光伏逆變器通常使用PWM電路將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為受控交流電。該電路將控制逆變器輸出的幅度和頻率，以消除低次諧波，但會(huì)產(chǎn)生高頻諧波。浪。
如果高頻諧波與負(fù)載產(chǎn)生的諧波相結(jié)合，可能會(huì)發(fā)生諧振，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)整體THDi升高，電容器補(bǔ)償柜內(nèi)保險(xiǎn)絲熔斷，甚至主斷路器頻繁跳閘，嚴(yán)重影響業(yè)主的正常用電量。
三相不平衡問題
大量的單相光伏逆變器與三相電氣系統(tǒng)連接不均勻，會(huì)導(dǎo)致三相不平衡的問題。
在某些情況下，即使單相光伏逆變器在三相之間均勻連接，由于光伏板的方向不平衡，或者某個(gè)逆變器的光伏電池板被樹木遮擋等。輸出功率不均勻也會(huì)導(dǎo)致三相不平衡。
如下圖所示，如果左邊連接L1的太陽能電池板剛好被云層擋住，逆變器的輸出功率小于L2和L3，就會(huì)造成三相不平衡的電能質(zhì)量問題。
圖2 一相光伏逆變器接入三相電氣系統(tǒng)引起的三相不平衡問題
功率因數(shù)降低的問題
分布式光伏系統(tǒng)對電氣系統(tǒng)的整體功率因數(shù)有很大影響。如果處理不當(dāng)，不僅會(huì)影響業(yè)主的正常用電量，還可能面臨處罰，降低光伏系統(tǒng)的投資回報(bào)率。
如圖3所示，業(yè)主在安裝分布式光伏系統(tǒng)前，系統(tǒng)的有功功率為P，無功功率為Q，視在功率為S，系統(tǒng)功率因數(shù)為cosφ。安裝分布式光伏系統(tǒng)后：
- 光伏系統(tǒng)主要提供有功功率（P-P’），將業(yè)主的有功功率降低到P’;
- 如果無功補(bǔ)償控制器受諧波影響，或不能正常識(shí)別反向電流情況，則無功補(bǔ)償柜無法正確切換，使從電網(wǎng)獲得的無功功率從Q增加到Q’;
在這些綜合因素的影響下，功率因數(shù)從cosφ’降低。功率因數(shù)的降低不僅會(huì)削弱變壓器的承載能力，甚至?xí)痣妷合陆档痊F(xiàn)象，從而影響業(yè)主的正常用電量，使業(yè)主面臨處罰。
解決分布式光伏電能質(zhì)量問題的價(jià)值
- 提高電能質(zhì)量，保證電氣系統(tǒng)安全，降低電氣設(shè)備故障率，提高工作效率
- 降低變壓器的負(fù)載率，減少變壓器和線路的損耗，減少變壓器等電氣設(shè)備的投資
- 避免低功率因數(shù)造成的損失，確保光伏系統(tǒng)的優(yōu)勢
光伏系統(tǒng)投入使用后，需要盡可能將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?，使S“盡可能接近P’。這不僅使所有者免于處罰，而且還因高功率因數(shù)而獲得獎(jiǎng)勵(lì)。如圖4所示，車主因?yàn)楣β室驍?shù)高，獲得了716元的獎(jiǎng)勵(lì)。
主流光伏逆變器制造商提供的解決方案
光伏電站普遍面臨電能質(zhì)量問題，因此主流光伏逆變器廠家紛紛推出自己的解決方案，保證業(yè)主正常用電，避免因功率因數(shù)低而對業(yè)主造成處罰。
施耐德
施耐德提供的控制器實(shí)現(xiàn)光伏裝置和電網(wǎng)連接點(diǎn)的功率測量，計(jì)算逆變器需要提供的無功功率，并向光伏逆變器發(fā)送命令，從而將電氣系統(tǒng)的整體功率因數(shù)提高到預(yù)期水平。價(jià)值。
施耐德對這種解決方案有一個(gè)非常中肯的評(píng)估：這種方法非常適合補(bǔ)償光伏系統(tǒng)本身造成的功率因數(shù)下降，而且非常準(zhǔn)確。然而，補(bǔ)償負(fù)載引起的功率因數(shù)下降是無效的，原因有兩個(gè)：首先，因?yàn)樘柲苌a(chǎn)僅在白天可用，其次，因?yàn)槟孀兤骺梢蕴峁┑臒o功能量是有限的。
此外，施耐德的解決方案不能充分利用業(yè)主原有的無功補(bǔ)償系統(tǒng)，無法解決反向電流引起的無功補(bǔ)償系統(tǒng)退出等問題。而且，光伏逆變器提供的無功功率是以減少一部分有功功率為前提的，這將影響逆變器產(chǎn)生的有功功率的值。
古瑞瓦特
為了解決功率因數(shù)調(diào)整問題，格瑞特提供了一種智能能源管理器，與CT配合使用，為由多個(gè)逆變器組成的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)提供抗回流和無功調(diào)度。
古瑞瓦特智能能源管理器的工作原理與施耐德完全相同。通過功率因數(shù)檢查點(diǎn)的電壓和電流收集，計(jì)算出整個(gè)電氣系統(tǒng)所需的無功補(bǔ)償功率，然后將命令發(fā)送到逆變器以提供合適的無功功率。功率，將功率因數(shù)調(diào)整到目標(biāo)值。
華為
為了解決分布式光伏系統(tǒng)的功率因數(shù)調(diào)整，華為提供了Smartlogger3000A。它增加了一個(gè)電表，在功率因數(shù)評(píng)估點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測功率因數(shù)，并通過計(jì)算向光伏逆變器發(fā)送指令，使光伏逆變器能夠提供適當(dāng)?shù)臒o功功率，從而達(dá)到功率因數(shù)調(diào)節(jié)的目的。其系統(tǒng)無功響應(yīng)時(shí)間為<10S。
陽光電源
為了解決分布式光伏系統(tǒng)的功率因數(shù)調(diào)整，陽光電源提供了COM100D/COM100E。它增加了一個(gè)電表，在功率因數(shù)評(píng)估點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測功率因數(shù)，并通過計(jì)算向光伏逆變器發(fā)送指令，使光伏逆變器能夠提供適當(dāng)?shù)臒o功功率，從而達(dá)到功率因數(shù)調(diào)節(jié)的目的。
SMA
SMA在2018年提供了一個(gè)過時(shí)的解決方案，即增加太陽能逆變器的容量，允許逆變器在輸出有功功率的同時(shí)增加無功功率的輸出，從而達(dá)到校正功率因數(shù)和避免處罰的目的。
這種解決方案無疑是昂貴的。由于視在功率S=有功功率P+jQ無功功率，為了達(dá)到功率因數(shù)校正的目的，只需要增加Q的輸出，而SMA增加了整個(gè)S的容量，導(dǎo)致逆變器的成本增加太多。
錦浪科技
對于功率因數(shù)的校正，錦浪科技的光伏逆變器解決方案是最具代表性的解決方案。大多數(shù)光伏逆變器制造商幾乎都是這樣提供解決方案的：在設(shè)置光伏逆變器時(shí)，設(shè)置功率因數(shù)，俗稱“靜態(tài)補(bǔ)償方案”。
該解決方案在功率因數(shù)調(diào)節(jié)方面的實(shí)際效果非常有限。由于每時(shí)每刻所需的無功補(bǔ)償容量是動(dòng)態(tài)的，需要實(shí)時(shí)刷新和快速響應(yīng)，因此這種手動(dòng)設(shè)置方法無法滿足實(shí)時(shí)刷新的要求。
主流光伏逆變器功率因數(shù)補(bǔ)償解決方案總結(jié)
所有光伏逆變器制造商都提出了自己的無功補(bǔ)償解決方案，這表明光伏逆變器需要在為業(yè)主提供綠色能源的同時(shí)，面對分布式光伏帶來的無功補(bǔ)償問題。
結(jié)合所有主流光伏逆變器制造商的解決方案，主要存在以下問題：
- 不能同時(shí)解決諧波、三相不平衡和功率因數(shù)調(diào)節(jié)問題
- 光伏逆變器提供的無功補(bǔ)償功率容量有限，無法解決負(fù)載功率因數(shù)低的問題
- 光伏逆變器提供的無功補(bǔ)償有限，都需要增加各種CT、儀表或控制器，需要額外的設(shè)備和安裝成本
- 光伏的連接會(huì)影響原有無功補(bǔ)償系統(tǒng)的工作。所有光伏逆變器解決方案都忽略了其升級(jí)或控制，無法充分利用原有的無功補(bǔ)償系統(tǒng)。
分布式光伏系統(tǒng)需要哪些電能質(zhì)量解決方案
通過大量分布式光伏現(xiàn)場案例和大量光伏逆變器廠家的解決方案，我們不難摸出分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)需要什么樣的電能質(zhì)量解決方案：
- 要全面解決諧波、三相不平衡、無功補(bǔ)償?shù)入娔苜|(zhì)量問題
- 充分發(fā)揮原有無功補(bǔ)償系統(tǒng)的作用，降低投資成本
- 最大化光伏逆變器的優(yōu)勢并產(chǎn)生盡可能多的有功功率
- 精準(zhǔn)補(bǔ)償功率因數(shù)，在避免被罰款的同時(shí)，也能獲得獎(jiǎng)勵(lì)
- 現(xiàn)場安裝、接線和調(diào)試盡可能簡單
恩玖科技分布式光伏電能質(zhì)量解決方案
針對分布式光伏系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求，恩玖提供的解決方案是將SVG和原有的無功補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)合成混合無功補(bǔ)償方案，為整個(gè)電氣系統(tǒng)提供諧波消除、三相不平衡調(diào)節(jié)和功率因數(shù)校正。
SVG容量的大小主要取決于負(fù)載對諧波消除和無功補(bǔ)償?shù)娜萘恳螅约霸瓱o功補(bǔ)償系統(tǒng)的容量。
如果負(fù)載有諧波消除要求，則需要配置帶有諧波消除電抗器的電容器以避免諧振。
混合無功補(bǔ)償方案的設(shè)置，最重要的是將目標(biāo)功率因數(shù)設(shè)置為1，使S“盡可能接近P’。
恩玖提供的混合無功補(bǔ)償解決方案具有以下特點(diǎn)：
- 一站式解決諧波、三相不平衡、功率因數(shù)校正等電能質(zhì)量問題
- 無論光伏系統(tǒng)接入點(diǎn)是在無功補(bǔ)償系統(tǒng)的前端還是后端，SVG都可以充分利用原有的無功補(bǔ)償系統(tǒng)，盡可能將功率因數(shù)校正為1。
- SVG可提供繼電器開關(guān)或RS485接口直接控制電容，實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償和快速響應(yīng)
恩玖科技SVG介紹
恩玖科技提供的靜態(tài)無功發(fā)生器SVG采用三電平拓?fù)淠孀兘Y(jié)構(gòu)，可一站式解決諧波消除、三相平衡、功率因數(shù)校正等電能質(zhì)量問題。
根據(jù)安裝位置的不同，恩玖可以提供不同類型的產(chǎn)品，例如工業(yè)型，商業(yè)型和迷你民用型。單個(gè)設(shè)備的容量可以從20kVar到150kVar，并且可以并聯(lián)≥20個(gè)模塊。
?恩玖科技的混合無功補(bǔ)償解決方案HVC
恩玖的混合無功補(bǔ)償解決方案HVC是一種高性價(jià)比的補(bǔ)償解決方案，不僅可以滿足無功補(bǔ)償?shù)男枨?，還可以大大降低設(shè)備成本。恩玖推出的所有電能質(zhì)量產(chǎn)品均適用于混合無功補(bǔ)償方案，可提供星形、增量補(bǔ)償、混合無功補(bǔ)償?shù)榷喾N補(bǔ)償方式，具有響應(yīng)快、補(bǔ)償準(zhǔn)確、配置靈活、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
在恩玖的混合無功補(bǔ)償解決方案中，SVG可以通過RS485或DO信號(hào)控制電容器，可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，快速響應(yīng)時(shí)間為33μs，全響應(yīng)時(shí)間小于5ms.SVG支持電容器的循環(huán)切換，延長電容器的使用壽命。
恩玖的混合無功補(bǔ)償可以完全避免補(bǔ)償過重或補(bǔ)償不足的問題，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的補(bǔ)償。
在恩玖混合無功補(bǔ)償方案中，SVG和電容器可以提供靈活的配置，為電氣系統(tǒng)提供容性或電感性無功補(bǔ)償。
恩玖混合無功補(bǔ)償在分布式光伏中的應(yīng)用
項(xiàng)目背景
某金屬加工廠有一臺(tái)1000kVA變壓器，30%的負(fù)荷是高頻加熱設(shè)備，電氣負(fù)荷的有功功率為500-600kW，有一個(gè)300kvar無功補(bǔ)償柜，月平均功率因數(shù)在0.9以上，系統(tǒng)運(yùn)行正常。
安裝光伏后，功率因數(shù)降至0.8，無功補(bǔ)償柜內(nèi)的保險(xiǎn)絲經(jīng)常熔斷，電容器經(jīng)常損壞，主斷路器經(jīng)常跳閘。
項(xiàng)目問題分析
樂威派工程師到現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，無功補(bǔ)償柜為純?nèi)菪匝a(bǔ)償，電容器額定電流為43A，實(shí)際工作電流達(dá)到86A。光伏系統(tǒng)接入后，與高頻加熱設(shè)備系統(tǒng)發(fā)生共振，11次和13次諧波嚴(yán)重放大，THDi從原來的18%上升到43%，諧波電壓高達(dá)15%。運(yùn)行幾分鐘后，主短路開關(guān)發(fā)出高溫報(bào)警。
恩玖提供的解決方案和實(shí)施后的效果
恩玖的諧波消除和功率因數(shù)校正解決方案：
- 加入200kVar SVG，使用帶有諧波消除電抗器的電容器，形成一套容量為530kVar的混合無功補(bǔ)償方案;
- 在高頻加熱設(shè)備前面安裝200A有源諧波濾波器。
方案實(shí)施后，月平均功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，無開關(guān)跳閘現(xiàn)象，保證了客戶的正常生產(chǎn)。
下載此PDF版本文件: ?光伏的電能質(zhì)量問題和恩玖2022的最佳解決方案