電能質(zhì)量監測裝置在某單晶硅棒光伏產(chǎn)業(yè)基地的應用

摘 要：

太陽(yáng)能光伏作為可再生能源領(lǐng)域的重要支柱，正迎來(lái)快速發(fā)展。大量電力電子設備應用雖然推動(dòng)了太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域的發(fā)展，但同時(shí)也帶來(lái)了諸多電能質(zhì)量問(wèn)題，成為制約其健康發(fā)展的關(guān)鍵因素。其中，電壓波動(dòng)、諧波污染、頻率偏差等問(wèn)題尤為常見(jiàn)，這些問(wèn)題不僅影響了設備的正常運行，還可能對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量造成負面影響。電能質(zhì)量監測裝置作為先進(jìn)的電力監測工具，能夠實(shí)時(shí)、準確地監測電網(wǎng)中的電能質(zhì)量指標，為企業(yè)提供可靠的數據支持，幫助企業(yè)及時(shí)發(fā)現并解決電能質(zhì)量問(wèn)題，保障生產(chǎn)線(xiàn)的穩定運行。此外，它還有助于提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，并推動(dòng)企業(yè)實(shí)現綠色生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：新能源；電能質(zhì)量；光伏；諧波； 

1 項目概況

某光伏企業(yè)位于四川省宜賓市，是當地重要的光伏企業(yè)之一。該公司主要從事太陽(yáng)能光伏電池的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售，是集“研、產(chǎn)、銷(xiāo)"為一體的光伏科技企業(yè)。作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，它致力于通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)升級，推動(dòng)太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)展。此外，公司還積極參與分布式光伏電站的建設，利用廠(chǎng)房屋頂等空間進(jìn)行光伏發(fā)電，為綠色能源的發(fā)展做出貢獻。

本項目是單晶硅棒光伏產(chǎn)業(yè)基地年產(chǎn)20GW單晶硅棒項目。該項目在宜賓高新區投建，總投資約45億元，占地面積廣，將形成年產(chǎn)20GW單晶硅棒的生產(chǎn)能力。項目的實(shí)施將進(jìn)一步擴大該企業(yè)的產(chǎn)能優(yōu)勢，提升該企業(yè)的品牌競爭影響力，同時(shí)也將為宜賓市的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的活力。預計項目滿(mǎn)產(chǎn)后將實(shí)現年產(chǎn)值顯著(zhù)增長(cháng)，并帶來(lái)大量的稅收，為當地經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展作出重要貢獻。此外，該項目還將推動(dòng)宜賓市光伏產(chǎn)業(yè)鏈的完善，加快構建光伏產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，提升宜賓在全球光伏產(chǎn)業(yè)中的地位和影響力。同時(shí)，項目的實(shí)施還將為當地創(chuàng )造大量的就業(yè)崗位，提高居民收入水平，推動(dòng)地方經(jīng)濟社會(huì )的可持續發(fā)展。

2 項目需求

本次項目為該單晶硅棒光伏產(chǎn)業(yè)基地10/0.4KV用戶(hù)變電站項目，該變電站總共有30路高壓進(jìn)線(xiàn)，在其中14路進(jìn)線(xiàn)處安裝電能質(zhì)量監測裝置實(shí)時(shí)監測各路進(jìn)線(xiàn)的電能質(zhì)量參數，監測生產(chǎn)過(guò)程中可能遭遇的電能質(zhì)量問(wèn)題并為電能質(zhì)量問(wèn)題治理提供依據。單晶硅棒是太陽(yáng)能電池的重要原材料，在生產(chǎn)過(guò)程中可能遇到的電能質(zhì)量問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）電壓波動(dòng)與閃變：

高功率設備及工藝過(guò)程導致電力負荷快速變化，進(jìn)而沖擊電網(wǎng)，引發(fā)電壓波動(dòng)。電力電子設備如中頻爐和直流爐產(chǎn)生的電流諧波干擾電網(wǎng)正常運行，加劇電壓波動(dòng)和閃變。電網(wǎng)容量、阻抗分布及無(wú)功補償等自身特性同時(shí)也會(huì )影響電壓穩定性。除此之外外部因素如天氣、其他設備運行狀況和電網(wǎng)負載變化也會(huì )對電壓穩定性產(chǎn)生影響。

（2）諧波污染：

單晶硅棒的生產(chǎn)過(guò)程中，涉及到了多個(gè)階段，如加料、熔化、縮頸生長(cháng)、放肩生長(cháng)、等徑生長(cháng)和尾部生長(cháng)等，這些階段通常需要使用各種電力電子設備，如中頻爐、直流爐、大功率開(kāi)關(guān)電源等。這些電力電子設備在工作過(guò)程中，普遍采用半導體可控整流方式，這種方式會(huì )產(chǎn)生大量的電流諧波。這些諧波不僅會(huì )對電網(wǎng)造成污染，降低電能質(zhì)量，還可能對生產(chǎn)設備造成干擾，甚至損壞設備。

（3）頻率偏差：

電力系統的頻率偏差會(huì )對單晶硅棒的生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生影響。例如，電動(dòng)機的轉速會(huì )隨頻率變化而變化，這可能影響到設備的正常運行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩定性。

電能質(zhì)量監測裝置能夠實(shí)時(shí)監測電力系統的運行狀態(tài)，確保電網(wǎng)的穩定性和可靠性，從而避免生產(chǎn)過(guò)程中的電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題。同時(shí)，該裝置還能有效監測并分析電流諧波，幫助生產(chǎn)廠(chǎng)家迅速解決諧波干擾，防止設備損壞和生產(chǎn)中斷。此外，通過(guò)監測功率因數、電能損耗等指標，電能質(zhì)量監測裝置能夠提升電力系統的效率，減少能源浪費，實(shí)現更經(jīng)濟、高效的生產(chǎn)。更重要的是，該裝置還能提高用電安全，及時(shí)發(fā)現電壓失調、電壓暫降等電能質(zhì)量問(wèn)題，并采取相應措施，防止設備故障和安全事故的發(fā)生。因此，為了監測這些電能質(zhì)量問(wèn)題，選擇在高壓重要進(jìn)線(xiàn)處安裝電能質(zhì)量監測裝置APView500。

該設備主要實(shí)現的功能如下：

3 產(chǎn)品方案

下圖是該光伏產(chǎn)業(yè)基地部分配電系統圖，該系統由220kV/110kV變電站引入30路10kV電源，其中包含14路主用進(jìn)線(xiàn)，14路備用進(jìn)線(xiàn)，2路環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線(xiàn)。本次在每個(gè)配電室的主進(jìn)線(xiàn)柜就地安裝1臺電能質(zhì)量監測裝置APView500，共計安裝14臺APView500。每臺裝置接入主用進(jìn)線(xiàn)和備用進(jìn)線(xiàn)的電壓電流，對兩路進(jìn)線(xiàn)的電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。

圖1 光伏產(chǎn)業(yè)基地部分配電系統圖

裝置主要監測功能：

諧波監測與暫態(tài)事件監測是電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置的兩個(gè)重要監測功能。諧波監測支持直觀(guān)的柱狀圖和詳盡的表格兩種展示方式，圖1即為其柱狀圖示例。當電網(wǎng)成發(fā)生暫升、暫降、短時(shí)中斷等暫態(tài)事故時(shí)，裝置會(huì )觸發(fā)告警及事件記錄，圖2是電壓暫降的一條事件記錄，里面詳細記錄暫降發(fā)生的時(shí)間、持續時(shí)間、暫降深度及剩余電壓等關(guān)鍵信息。此外，裝置還具備暫降源定位功能，利用等效阻抗算法，能夠準確判斷暫降源是來(lái)自母線(xiàn)側還是線(xiàn)路側，如圖4展示。在暫態(tài)事件發(fā)生時(shí)，裝置還會(huì )記錄相應的波形，圖5是一條電壓暫降的波形，這些波形對于判斷故障類(lèi)型及原因至關(guān)重要。圖6和圖7呈現的容忍度曲線(xiàn)，是裝置根據暫降事故生成的ITIC和SEMI F47曲線(xiàn)，它們直觀(guān)地反映了事故對設備的影響程度，為故障分析提供了有力依據。通過(guò)這些功能，電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置實(shí)現了對電力系統的精準監測和故障分析。

圖2 諧波監測柱狀圖

圖3 暫降波形

4 現場(chǎng)安裝圖片

本項目各類(lèi)設備均就地安裝于開(kāi)關(guān)柜中，現場(chǎng)安裝圖片如下。

5 結語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)在技術(shù)進(jìn)步、成本下降和政策支持的推動(dòng)下，正在快速發(fā)展壯大。未來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的不斷創(chuàng )新和市場(chǎng)的不斷擴大，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)有望在全球能源結構中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。隨著(zhù)生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的電力電子設備被應用到生產(chǎn)過(guò)程中，從而導致大量電能質(zhì)量問(wèn)題，造成了供電系統的不穩定性，而電能質(zhì)量的穩定性對于保障生產(chǎn)線(xiàn)正常運行至關(guān)重要。安裝電能質(zhì)量監測裝置，可以實(shí)時(shí)監測電能質(zhì)量，提前發(fā)現問(wèn)題，有效降低生產(chǎn)線(xiàn)停機時(shí)間，一定程度地保障生產(chǎn)效率。其次，裝置的應用還能夠有效降低能源浪費，提高能源利用效率，為企業(yè)節約成本，實(shí)現可持續發(fā)展提供了有力支撐?？偠灾?，電能質(zhì)量監測裝置的引入不僅提升了生產(chǎn)水平，更為行業(yè)的未來(lái)發(fā)展注入了新的活力與動(dòng)力。