光伏并网电能质量挑战：谐波、电压波动与应对策略

光伏并网电能质量挑战：谐波、电压波动与应对策略

引用

网易

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https://www.163.com/dy/article/JPQD3U1M05561AZ3.html

随着光伏发电在能源结构中的比重日益增加，其并网过程中产生的电能质量问题也日益凸显。本文将深入探讨光伏发电并网过程中可能遇到的谐波、电压波动、频率偏差等电能质量问题，并介绍相应的监测和治理方案。

光伏发电产生谐波的原因与危害

1. 电压波动与闪变

• 原因：光伏出力受光照变化（如云层遮挡）影响，导致并网点电压波动；启动/停机时功率突变也可能引发电压闪变。
• 危害：电压波动可能引起照明设备闪烁（闪变），影响用户设备正常运行。

2. 频率偏差

• 原因：高比例光伏并网降低传统同步发电机占比，导致系统惯性不足，对频率波动的调节能力下降。
• 危害：频率偏差可能引发电网解列、负荷脱网等严重事故。

3. 三相不平衡

• 原因：单相光伏系统集中接入某一相，或负荷分布不均导致三相电流不平衡。
• 危害：增加线路损耗，导致变压器过载、中性点电压偏移。

4. 直流注入

• 原因：逆变器故障或控制策略缺陷导致直流分量注入电网。
• 危害：引起变压器饱和、继电保护误动作，加速电缆老化。

5. 间谐波与高频谐振

• 原因：光伏板老化、阴影效应或逆变器开关频率不当可能引发间谐波；电网阻抗与逆变器交互导致高频谐振。
• 危害：干扰通信系统，造成设备异常发热。

如何监测电能质量？

监测电能质量一般通加装带有谐波监测的电表或者是电能质量监测装置。下面介绍一款电能质量在线监测装置。

APView400电能质量在线监测装置采用了高性能多核平台和嵌入式操作系统，遵照IEC61000-4-30《测试和测量技术-电能质量测量方法》中规定的各电能质量指标的测量方法进行测量，集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测、电压不平衡度监测、事件记录、测量控制等功能为一体。装置在电能质量指标参数测量方法的标准化和指标参数的测量精度以及时钟同步、事件告警功能等各个方面均达到了国家标准A级要求，能够满足35KV及以下供电系统电能质量监测的要求，广泛应用于光伏、储能中的电能质量监测。

产品功能特点：

1. 高性能的硬件平台
   装置采用基于Xilinx SoC构架的双ARM内核处理器，ARM1运行嵌入式Linux、TCP/IP协议、Http协议、Web服务器、电能质量数据的存储、统计、分析，ARM2用来数据采样、电能质量数据计算。装置每周波采样高达1024点，具备高测量精度能准确记录故障波形。采用32GB工业级大容量SD卡，可以长期存储事件记录与故障波形等数据。具备友好的人机界面，800*480像素点阵彩色大尺寸液晶可就地查看实时波形与故障波形，方便用户故障分析。

2. 丰富的接口资源
   4路交流电压；
   4路交流电流；
   5路可编程无源继电器出口、5路有源开关量输入；
   2路RS485串行通讯接口，支持Modbus-RTU规约，支持IRIG-B对时方式；
   2路以太网接口，支持Modbus-TCP、IEC61850 MMS、FTP、装置升级维护；
   1路USB接口，可用于装置维护。

3. 可靠性设计
   装置软硬件具有持续完善的自检功能，抗干扰性能好，装置通过多项电磁兼容检测认证，电快速瞬变脉冲群、静电放电、浪涌抗干扰性能均达到国家标准。

4. 人机界面功能
   装置面板上采用5寸彩色LCD屏，以图形方式显示主要电能质量监测指标的实时数据。可对装置硬件时钟进行设置，并可对监测参数进行设置、修改，对装置进行时钟设置、密码设置等操作。

5. 记录存储功能
   可对监测点数据实时保存，1min数据(最大值、最小值、平均值、95%概率大值、均方根值)在装置上最长保存时间为90天，之后按"先进先出"原则更新。

6. 通讯功能
   2个RS485串行通讯接口，支持Modbus-RTU协议，能够读取所有被测量参数，且支持IRIG-B码对时；提供2个以太网接口，支持Modbus-TCP、IEC61850 MMS、FTP,能够读取所有被测量参数。

7. 告警功能
   可根据用户设定的稳态、暂态、瞬态的各项电能质量指标的限值，启动告警功能。当某一告警触发时，装置会记录事件记录并触发录波。

8. 录波功能
   装置对每个告警事件都能触发录波，并提供手动触发录波、定时触发录波和上位机触发录波功能。

9. 本地PQDIF文件生成功能
   统计数据以PQDIF文件格式保存，记录数据包括2h内的故障录波波形和稳态数据。稳态数据包含装置每1min统计的"最大值""最小值""平均值""均方根值""95%概率值"整2h保持的数据。记录的故障录波数据和稳态数据均可通过工具软件查看。记录1min内"最大值""最小值""平均值""均方根值""95%概率值"生成一个记录数据点，这些数据点整2小时形成一个存储文件，可通过查看软件观察线路变化趋势。

10. Web功能
    集成嵌入式Web Sever功能，支持不同权限等级的用户登录访问。

如何治理电能质量？

电能质量治理一般分为无功补偿和治理谐波，下面介绍一款无功补偿和谐波治理同时具备的产品。

ANSVG-G-A是一款用于400V的三相三线/三相四线混合动态滤波补偿装置，是一种用于补偿无功、谐波治理以及不平衡调节的新型电力电子装置。

3.1控制原理：

3.2产品特点：

1. 补偿方式灵活：补偿负载无功，滤除5、7、9、11、13次以内的谐波；
2. 可治理三相不平衡；
3. 线性补偿，响应时间≤5ms;
4. 具有人性化的人机交互界面，可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息，操作简单，可以远控，也可以本控；
5. 采用进口IGBT,功率密度大，可靠性高；
6. 采用DSP高速检测和运算的数字控制系统；
7. 监控以及显示具备远程通讯接口，可以通过PC机实时监控；
8. 标准模块化设计，缩短交付周期，同时提高了使用的可靠性和可维护性。

总结

治理光伏发电中的电能质量问题，能够实现光伏电站“安全、经济、绿色”运行的多维目标：

• 技术层面：保障电网和设备安全运行；
• 经济层面：降低运维成本、提高发电收益；
• 社会层面：推动能源转型，助力碳中和。