（南京广能电力工程设计有限公司 南京 210000）
摘要：
根据电力行业和国家电网企业标准，10kV及以上新能源发电接入电力系统时，应提供电能质量评估报告，评估报告包括供电电压偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡、频率偏差、谐波和间谐波等电能质量指标，本文主要阐述对谐波的分析与评估。
关键词：电能质量、谐波电流、光伏发电、分布式
1引言
自2020年9月中国向世界郑重宣布“双碳”目标有以来，新能源行业迎来了前所未有的发展机遇，特别是分布式光伏发电项目成为投资热点，随着越来越多分布式光伏电站接入公共电网，为保证光伏发电系统接入到电网的电能质量符合规范要求，需对光伏电站接入的谐波进行分析与评估，本文以5.72MW分布式光伏电站为例，利用ETAP软件建模进行谐波分析。
2分布式光伏电站概况
某分布式光伏发电系统，直流侧装机容量5720kWp：组件布置于厂房彩钢瓦屋面，由10400块550W 单面单晶组件、16台300kW组串式逆变器、2台2500kVA升压变组成，变压器升压后经光伏开关站，接入用户10kV开闭所并网点，公共连接点（PCC）设置在供电局开关站10kV母线，系统最小短路容量为245MVA，供电容量为50MVA，用户10kV开闭所协议容量为10MVA。
3 ETAP谐波分析
3.1 ETAP仿真软件简介
ETAP19.01是一款专为电力系统工程师设计的电力系统建模和仿真软件工具，用于创建“电力数字孪生”并分析电力系统的动态，瞬变和保护。ETAP 19是为在MS-DOS操作系统上使用而开发的，主要功能包括短路电流计算、潮流分析、谐波分析等。
3.2分布式光伏电站设备建模
使用ETAP19.01软件，新建本工程，在编辑模式下，根据光伏电站电气主接线图，添加系统、母线、电缆、升压变、光伏阵列等元器件，并根据本工程实际参数赋值，其中光伏阵列建模参数较多，要核对设计数据，最终建立光伏电站模型。
在设备库中添加谐波模型，逆变器是光伏电站中主要的谐波电流源，本工程采用华为300kW 组串式光伏逆变器，根据厂家提供的逆变器参数及谐波检测数据，将谐波数据录入谐波设备库中，在PV阵列内逆变器参数中，添加已录入的谐波参数，同时也添加背景谐波数据。
3.3 谐波允许值
3.3.1谐波电流允许值计算
参照国家标准《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-1993)[2]，关于公用电网谐波电流允许值的规定。本工程光伏电站接入电压等级为10kV，公共连接点电压等级为10kV，以10kV电压等级要求进行谐波电流分析。
依据《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-1993)[2]中谐波电流允许值的换算:当电网公共连接点的短路容量不同于上表基准短路容量时，按下式修正上表中的谐波电流允许值:
Ih=(Sk1/Sk2)Ihp
Skl、Sk2、h、I见《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-1993)[2]
同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此
光伏电站在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。如下式:
Ihi=Ih(Si/St) 1/a
式中 Si-用电协议容量，MVA;
St-公共连接点的总供电容量，MVA;
Ihi-对应第h次谐波电流允许值，A;
a-相位迭加系数，按表3.3.1-1取值。
表3.3.1-1 谐波的相位叠加系数
h | 3 | 5 | 7 | 11 | 13 | 9，＞13，偶次 |
| 1.1 | 1.2 | 1.4 | 1.8 | 1.9 | 2 |
根据国家电网企业标准《电能质量评估技术导则》Q/GDW 10651-2015 [1]，公共连接点的总谐波电流分量应满足GB/T14549-1993《电能质量 公用电网谐波》[2]的规定，注入公共连接点的谐波电流允许值以及光伏电站允许注入公共连接点的谐波电流值表3.3.1-2。
表3.3.1-2 注入PCC点的谐波电流允许值
谐波次数 n | 谐波电流 允许值 （A）100MVA | 最小短路容量（MVA） | 相位叠加系数 | 供电容量（MVA） | 光伏协议容量（MVA） | 允许光伏注入谐波电流（A） | 用户开闭所协议容量（MVA） | 供电局开关站10kV母线允许注入谐波电流值（A） |
2 | 26 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 21.545 | 10 | 28.488 |
3 | 20 | 245 | 1.1 | 50 | 5.72 | 6.827 | 10 | 11.344 |
4 | 13 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 10.773 | 10 | 14.244 |
5 | 20 | 245 | 1.2 | 50 | 5.72 | 8.045 | 10 | 12.815 |
6 | 8.5 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 7.044 | 10 | 9.313 |
7 | 15 | 245 | 1.4 | 50 | 5.72 | 7.811 | 10 | 11.641 |
8 | 6.4 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 5.303 | 10 | 7.012 |
9 | 6.8 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 5.635 | 10 | 7.451 |
10 | 5.1 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 4.226 | 10 | 5.588 |
11 | 9.3 | 245 | 1.8 | 50 | 5.72 | 6.832 | 10 | 9.318 |
12 | 4.3 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 3.563 | 10 | 4.711 |
13 | 7.9 | 245 | 1.9 | 50 | 5.72 | 6.183 | 10 | 8.297 |
14 | 1.7 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 1.409 | 10 | 1.863 |
15 | 1.9 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 1.574 | 10 | 2.082 |
16 | 1.5 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 1.243 | 10 | 1.644 |
17 | 2.8 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 2.320 | 10 | 3.068 |
18 | 1.3 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 1.077 | 10 | 1.424 |
19 | 2.5 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 2.072 | 10 | 2.739 |
20 | 1.2 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 0.994 | 10 | 1.315 |
21 | 1.4 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 1.160 | 10 | 1.534 |
22 | 1.1 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 0.912 | 10 | 1.205 |
23 | 2.1 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 1.740 | 10 | 2.301 |
24 | 1 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 0.829 | 10 | 1.096 |
25 | 1.9 | 245 | 2 | 50 | 5.72 | 1.574 | 10 | 2.082 |
3.3.2谐波电压允许值
根据国标 GB/T 14549-93《电能质量 公共电网谐波》[2]中规定，10kV谐波电压限值参考10kV电压等级，见表 3.3.2-1。
3.3.2-1 供电局开关站10kV母线谐波电压限值
电压等级 | 电压总畸变率％ | 各次谐波含有率％ | |
奇次 | 偶次 | ||
10kV | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
3.4 谐波仿真结果
检查光伏电站模型电路连通性，运行谐波潮流计算，生产分析报告。其中供电局开关站母线（PCC点）谐波电压如下图：
由仿真软件生成数据可知光伏电站注入PCC点的谐波电压满足要求：
其中光伏升压站至供电局开关站（PCC点）线路的谐波电流如下图：
由仿真软件生成数据可知光伏电站注入PCC点的谐波电流（仿真软件生成报告提供的是谐波电流百分数，需乘以基准值）满足要求。
4结束语
通过EATP软件模拟仿真光伏电站，可快速生成谐波数据，为新能源工程的电能质量报告提供数据。因EATP仿真软件理论依据大多数基于IEC标准，对国标并不友好，在自定义国标谐波规则书时不能与国标规范相符，在谐波分析时，不能设定国标下的允许值，导致不能直接利用输出的报警数据，需要使用者利用仿真出的谐波电流电压数据，与国标的谐波电流电压允许值手动的进行对比。
参考文献
[1]Q/GDW 10651-2015 电能质量评估技术导则[S].
[2]GB/T14549-1993 电能质量 公用电网谐波 [S].
作者简介：
严龙（1988-） 男 江西新余人 本科 工程师，主要从事变电站电气一次专业设计工作。
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