單晶硅棒光伏產(chǎn)業(yè)基地的 “電能智慧管家”—— 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的應(yīng)用

摘 要：太陽能光伏作為可再生能源領(lǐng)域的重要支柱，正迎來快速發(fā)展。大量電力電子設(shè)備應(yīng)用雖然推動了太陽能光伏領(lǐng)域的發(fā)展，但同時也帶來了諸多電能質(zhì)量問題，成為制約其健康發(fā)展的關(guān)鍵因素。其中，電壓波動、諧波污染、頻率偏差等問題尤為常見，這些問題不僅影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，還可能對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量造成負(fù)面影響。電能質(zhì)量監(jiān)測裝置作為電力監(jiān)測工具，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地監(jiān)測電網(wǎng)中的電能質(zhì)量指標(biāo)，為企業(yè)提供可靠的數(shù)據(jù)支持，幫助企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)并解決電能質(zhì)量問題，保障生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，它還有助于提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，并推動企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

1 項(xiàng)目概況

某光伏企業(yè)位于四川省宜賓市，是當(dāng)?shù)刂匾墓夥髽I(yè)之一。該公司主要從事太陽能光伏電池的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，是集“研、產(chǎn)、銷”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)，它致力于通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，推動太陽能光伏電池的發(fā)展。此外，公司還參與分布式光伏電站的建設(shè)，利用廠房屋頂?shù)瓤臻g進(jìn)行光伏發(fā)電，為綠色能源的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

本項(xiàng)目是單晶硅棒光伏產(chǎn)業(yè)基地年產(chǎn)20GW單晶硅棒項(xiàng)目。該項(xiàng)目在宜賓高新區(qū)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(xiàng)目的實(shí)施將進(jìn)一步擴(kuò)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，同時也將為宜賓市的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的活力。預(yù)計(jì)項(xiàng)目滿產(chǎn)后將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值顯著增長，并帶來大量的稅收，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。此外，該項(xiàng)目還將推動宜賓市光伏產(chǎn)業(yè)鏈的完善，加快構(gòu)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，項(xiàng)目的實(shí)施還將為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造大量的就業(yè)崗位，提高居民收入水平，推動地方經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

2 項(xiàng)目需求

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

（1）電壓波動與閃變：

高功率設(shè)備及工藝過程導(dǎo)致電力負(fù)荷快速變化，進(jìn)而沖擊電網(wǎng)，引發(fā)電壓波動。電力電子設(shè)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(yùn)行，加劇電壓波動和閃變。電網(wǎng)容量、阻抗分布及無功補(bǔ)償?shù)茸陨硖匦酝瑫r也會影響電壓穩(wěn)定性。除此之外外部因素如天氣、其他設(shè)備運(yùn)行狀況和電網(wǎng)負(fù)載變化也會對電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

（2）諧波污染：

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

（3）頻率偏差：

電力系統(tǒng)的頻率偏差會對單晶硅棒的生產(chǎn)過程產(chǎn)生影響。例如，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速會隨頻率變化而變化，這可能影響到設(shè)備的正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

電能質(zhì)量監(jiān)測裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而避免生產(chǎn)過程中的電壓波動和閃變問題。同時，該裝置還能有效監(jiān)測并分析電流諧波，幫助生產(chǎn)廠家迅速解決諧波干擾，防止設(shè)備損壞和生產(chǎn)中斷。此外，通過監(jiān)測功率因數(shù)、電能損耗等指標(biāo)，電能質(zhì)量監(jiān)測裝置能夠提升電力系統(tǒng)的效率，減少能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)。更重要的是，該裝置還能提高用電安全，及時發(fā)現(xiàn)電壓失調(diào)、電壓暫降等電能質(zhì)量問題，并采取相應(yīng)措施，防止設(shè)備故障和安全事故的發(fā)生。因此，為了監(jiān)測這些電能質(zhì)量問題，選擇在高壓重要進(jìn)線處安裝電能質(zhì)量監(jiān)測裝置APView500。

該設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)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(tǒng)圖，該系統(tǒng)由220kV/110kV變電站引入30路10kV電源，其中包含14路主用進(jìn)線，14路備用進(jìn)線，2路環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線。本次在每個配電室的主進(jìn)線柜就地安裝1臺電能質(zhì)量監(jiān)測裝置APView500，共計(jì)安裝14臺APView500。每臺裝置接入主用進(jìn)線和備用進(jìn)線的電壓電流，對兩路進(jìn)線的電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

圖1 光伏產(chǎn)業(yè)基地部分配電系統(tǒng)圖

裝置主要監(jiān)測功能：

諧波監(jiān)測與暫態(tài)事件監(jiān)測是電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的兩個重要監(jiān)測功能。諧波監(jiān)測支持直觀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(dāng)電網(wǎng)成發(fā)生暫升、暫降、短時中斷等暫態(tài)事故時，裝置會觸發(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(xì)記錄暫降發(fā)生的時間、持續(xù)時間、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(zhǔn)確判斷暫降源是來自母線側(cè)還是線路側(cè)，如圖4展示。在暫態(tài)事件發(fā)生時，裝置還會記錄相應(yīng)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型及原因至關(guān)重要。圖6和圖7呈現(xiàn)的容忍度曲線，是裝置根據(jù)暫降事故生成的ITIC和SEMI F47曲線，它們直觀地反映了事故對設(shè)備的影響程度，為故障分析提供了有力依據(jù)。通過這些功能，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置實(shí)現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的監(jiān)測和故障分析。

圖2 諧波監(jiān)測柱狀圖

圖3 電壓暫降事件記錄

圖4 暫降定位事件記錄

圖5 暫降波形

圖6 ITIC容忍度曲線

圖7 SEMI容忍度曲線

4 現(xiàn)場安裝圖片

本項(xiàng)目各類設(shè)備均就地安裝于開關(guān)柜中，現(xiàn)場安裝圖片如下。

5 結(jié)語

太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在技術(shù)進(jìn)步、成本下降和政策支持的推動下，正在快速發(fā)展壯大。未來，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和市場的不斷擴(kuò)大，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)有望在全球能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮越來越重要的作用。隨著生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，越來越多的電力電子設(shè)備被應(yīng)用到生產(chǎn)過程中，從而導(dǎo)致大量電能質(zhì)量問題，造成了供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，而電能質(zhì)量的穩(wěn)定性對于保障生產(chǎn)線正常運(yùn)行至關(guān)重要。安裝電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，可以實(shí)時監(jiān)測電能質(zhì)量，提前發(fā)現(xiàn)問題，有效降低生產(chǎn)線停機(jī)時間，保障生產(chǎn)效率。其次，裝置的應(yīng)用還能夠有效降低能源浪費(fèi)，提高能源利用效率，為企業(yè)節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐?？偠灾?，電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的引入不僅提升了生產(chǎn)水平，更為行業(yè)的未來發(fā)展注入了新的活力與動力。