摘要
分布式光伏并网后，经常会出现开关跳闸、电压降、低功率因数导致处罚等现象。本文分析了这些问题的原因，并对光伏逆变器制造商提供的解决方案进行了介绍和评论。最后，结合恩玖在电能质量管理方面的多年经验，给出了一个简单且具有成本效益的解决方案。
关键字
光伏， 电能质量， 恩玖科技
介绍
全球光伏累计装机容量逐年加快。分布式光伏并网后，在为业主提供可再生能源的同时，主电路开关跳闸，电压下降，甚至因功率因数降低等原因受到电网公司的处罚。投资回报率较低。
本文分析并讨论了分布式光伏并网对电能质量的影响、原因及常见解决方案，并基于恩玖多年的电能质量管理经验，提供了一种简单、经济高效的解决方案。
分布式光伏对电能质量的影响
分布式光伏的工作原理
分布式光伏系统由产生直流电的太阳能电池板和连续将直流电转换为交流电的太阳能逆变器组成。逆变器直接连接到电网。
分布式光伏系统常见电能质量问题
由于光伏逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力电子设备，因此会引起一些电能质量问题，例如剩余直流电和谐波。如果光伏逆变器没有正确集成到电气系统中，还可能导致三相不平衡或功率因数下降。
谐波问题
光伏逆变器通常使用PWM电路将太阳能电池板产生的直流电转换为受控交流电。该电路将控制逆变器输出的幅度和频率，以消除低次谐波，但会产生高频谐波。浪。
如果高频谐波与负载产生的谐波相结合，可能会发生谐振，导致电气系统整体THDi升高，电容器补偿柜内保险丝熔断，甚至主断路器频繁跳闸，严重影响业主的正常用电量。
三相不平衡问题
大量的单相光伏逆变器与三相电气系统连接不均匀，会导致三相不平衡的问题。
在某些情况下，即使单相光伏逆变器在三相之间均匀连接，由于光伏板的方向不平衡，或者某个逆变器的光伏电池板被树木遮挡等。输出功率不均匀也会导致三相不平衡。
如下图所示，如果左边连接L1的太阳能电池板刚好被云层挡住，逆变器的输出功率小于L2和L3，就会造成三相不平衡的电能质量问题。
图2 一相光伏逆变器接入三相电气系统引起的三相不平衡问题
功率因数降低的问题
分布式光伏系统对电气系统的整体功率因数有很大影响。如果处理不当，不仅会影响业主的正常用电量，还可能面临处罚，降低光伏系统的投资回报率。
如图3所示，业主在安装分布式光伏系统前，系统的有功功率为P，无功功率为Q，视在功率为S，系统功率因数为cosφ。安装分布式光伏系统后：
- 光伏系统主要提供有功功率（P-P’），将业主的有功功率降低到P’;
- 如果无功补偿控制器受谐波影响，或不能正常识别反向电流情况，则无功补偿柜无法正确切换，使从电网获得的无功功率从Q增加到Q’;
在这些综合因素的影响下，功率因数从cosφ’降低。功率因数的降低不仅会削弱变压器的承载能力，甚至会引起电压下降等现象，从而影响业主的正常用电量，使业主面临处罚。
解决分布式光伏电能质量问题的价值
- 提高电能质量，保证电气系统安全，降低电气设备故障率，提高工作效率
- 降低变压器的负载率，减少变压器和线路的损耗，减少变压器等电气设备的投资
- 避免低功率因数造成的损失，确保光伏系统的优势
光伏系统投入使用后，需要尽可能将功率因数补偿到1，使S“尽可能接近P’。这不仅使所有者免于处罚，而且还因高功率因数而获得奖励。如图4所示，车主因为功率因数高，获得了716元的奖励。
主流光伏逆变器制造商提供的解决方案
光伏电站普遍面临电能质量问题，因此主流光伏逆变器厂家纷纷推出自己的解决方案，保证业主正常用电，避免因功率因数低而对业主造成处罚。
施耐德
施耐德提供的控制器实现光伏装置和电网连接点的功率测量，计算逆变器需要提供的无功功率，并向光伏逆变器发送命令，从而将电气系统的整体功率因数提高到预期水平。价值。
施耐德对这种解决方案有一个非常中肯的评估：这种方法非常适合补偿光伏系统本身造成的功率因数下降，而且非常准确。然而，补偿负载引起的功率因数下降是无效的，原因有两个：首先，因为太阳能生产仅在白天可用，其次，因为逆变器可以提供的无功能量是有限的。
此外，施耐德的解决方案不能充分利用业主原有的无功补偿系统，无法解决反向电流引起的无功补偿系统退出等问题。而且，光伏逆变器提供的无功功率是以减少一部分有功功率为前提的，这将影响逆变器产生的有功功率的值。
古瑞瓦特
为了解决功率因数调整问题，格瑞特提供了一种智能能源管理器，与CT配合使用，为由多个逆变器组成的光伏并网系统提供抗回流和无功调度。
古瑞瓦特智能能源管理器的工作原理与施耐德完全相同。通过功率因数检查点的电压和电流收集，计算出整个电气系统所需的无功补偿功率，然后将命令发送到逆变器以提供合适的无功功率。功率，将功率因数调整到目标值。
华为
为了解决分布式光伏系统的功率因数调整，华为提供了Smartlogger3000A。它增加了一个电表，在功率因数评估点实时监测功率因数，并通过计算向光伏逆变器发送指令，使光伏逆变器能够提供适当的无功功率，从而达到功率因数调节的目的。其系统无功响应时间为<10S。
阳光电源
为了解决分布式光伏系统的功率因数调整，阳光电源提供了COM100D/COM100E。它增加了一个电表，在功率因数评估点实时监测功率因数，并通过计算向光伏逆变器发送指令，使光伏逆变器能够提供适当的无功功率，从而达到功率因数调节的目的。
SMA
SMA在2018年提供了一个过时的解决方案，即增加太阳能逆变器的容量，允许逆变器在输出有功功率的同时增加无功功率的输出，从而达到校正功率因数和避免处罚的目的。
这种解决方案无疑是昂贵的。由于视在功率S=有功功率P+jQ无功功率，为了达到功率因数校正的目的，只需要增加Q的输出，而SMA增加了整个S的容量，导致逆变器的成本增加太多。
锦浪科技
对于功率因数的校正，锦浪科技的光伏逆变器解决方案是最具代表性的解决方案。大多数光伏逆变器制造商几乎都是这样提供解决方案的：在设置光伏逆变器时，设置功率因数，俗称“静态补偿方案”。
该解决方案在功率因数调节方面的实际效果非常有限。由于每时每刻所需的无功补偿容量是动态的，需要实时刷新和快速响应，因此这种手动设置方法无法满足实时刷新的要求。
主流光伏逆变器功率因数补偿解决方案总结
所有光伏逆变器制造商都提出了自己的无功补偿解决方案，这表明光伏逆变器需要在为业主提供绿色能源的同时，面对分布式光伏带来的无功补偿问题。
结合所有主流光伏逆变器制造商的解决方案，主要存在以下问题：
- 不能同时解决谐波、三相不平衡和功率因数调节问题
- 光伏逆变器提供的无功补偿功率容量有限，无法解决负载功率因数低的问题
- 光伏逆变器提供的无功补偿有限，都需要增加各种CT、仪表或控制器，需要额外的设备和安装成本
- 光伏的连接会影响原有无功补偿系统的工作。所有光伏逆变器解决方案都忽略了其升级或控制，无法充分利用原有的无功补偿系统。
分布式光伏系统需要哪些电能质量解决方案
通过大量分布式光伏现场案例和大量光伏逆变器厂家的解决方案，我们不难摸出分布式光伏并网系统需要什么样的电能质量解决方案：
- 要全面解决谐波、三相不平衡、无功补偿等电能质量问题
- 充分发挥原有无功补偿系统的作用，降低投资成本
- 最大化光伏逆变器的优势并产生尽可能多的有功功率
- 精准补偿功率因数，在避免被罚款的同时，也能获得奖励
- 现场安装、接线和调试尽可能简单
恩玖科技分布式光伏电能质量解决方案
针对分布式光伏系统的电能质量要求，恩玖提供的解决方案是将SVG和原有的无功补偿系统结合成混合无功补偿方案，为整个电气系统提供谐波消除、三相不平衡调节和功率因数校正。
SVG容量的大小主要取决于负载对谐波消除和无功补偿的容量要求，以及原无功补偿系统的容量。
如果负载有谐波消除要求，则需要配置带有谐波消除电抗器的电容器以避免谐振。
混合无功补偿方案的设置，最重要的是将目标功率因数设置为1，使S“尽可能接近P’。
恩玖提供的混合无功补偿解决方案具有以下特点：
- 一站式解决谐波、三相不平衡、功率因数校正等电能质量问题
- 无论光伏系统接入点是在无功补偿系统的前端还是后端，SVG都可以充分利用原有的无功补偿系统，尽可能将功率因数校正为1。
- SVG可提供继电器开关或RS485接口直接控制电容，实现精确补偿和快速响应
恩玖科技SVG介绍
恩玖科技提供的静态无功发生器SVG采用三电平拓扑逆变结构，可一站式解决谐波消除、三相平衡、功率因数校正等电能质量问题。
根据安装位置的不同，恩玖可以提供不同类型的产品，例如工业型，商业型和迷你民用型。单个设备的容量可以从20kVar到150kVar，并且可以并联≥20个模块。
恩玖科技的混合无功补偿解决方案HVC
恩玖的混合无功补偿解决方案HVC是一种高性价比的补偿解决方案，不仅可以满足无功补偿的需求，还可以大大降低设备成本。恩玖推出的所有电能质量产品均适用于混合无功补偿方案，可提供星形、增量补偿、混合无功补偿等多种补偿方式，具有响应快、补偿准确、配置灵活、安全可靠等优点。
在恩玖的混合无功补偿解决方案中，SVG可以通过RS485或DO信号控制电容器，可以实现快速响应，快速响应时间为33μs，全响应时间小于5ms.SVG支持电容器的循环切换，延长电容器的使用寿命。
恩玖的混合无功补偿可以完全避免补偿过重或补偿不足的问题，为系统提供准确的补偿。
在恩玖混合无功补偿方案中，SVG和电容器可以提供灵活的配置，为电气系统提供容性或电感性无功补偿。
恩玖混合无功补偿在分布式光伏中的应用
项目背景
某金属加工厂有一台1000kVA变压器，30%的负荷是高频加热设备，电气负荷的有功功率为500-600kW，有一个300kvar无功补偿柜，月平均功率因数在0.9以上，系统运行正常。
安装光伏后，功率因数降至0.8，无功补偿柜内的保险丝经常熔断，电容器经常损坏，主断路器经常跳闸。
项目问题分析
乐威派工程师到现场调研发现，无功补偿柜为纯容性补偿，电容器额定电流为43A，实际工作电流达到86A。光伏系统接入后，与高频加热设备系统发生共振，11次和13次谐波严重放大，THDi从原来的18%上升到43%，谐波电压高达15%。运行几分钟后，主短路开关发出高温报警。
恩玖提供的解决方案和实施后的效果
恩玖的谐波消除和功率因数校正解决方案：
- 加入200kVar SVG，使用带有谐波消除电抗器的电容器，形成一套容量为530kVar的混合无功补偿方案;
- 在高频加热设备前面安装200A有源谐波滤波器。
方案实施后，月平均功率因数达到0.95以上，无开关跳闸现象，保证了客户的正常生产。
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