光伏逆变器因谐波造成的发电量损失计算方法

2023年6月21日发(作者：)

光伏逆变器因谐波造成的发电量损失计算方法

摘要：随着优质土地资源的越来越稀缺，光伏电站近几年来转战光照资源相对较好的山地，山地光伏电站因地制宜，组件大多采用随坡就势的布置方式，从设计角度考虑，逆变器应采用组串式逆变器，不同方位角和倾角的组串接入不同的MPPT，以获得更多的发电量，提高发电收益。

关键词：光伏逆变器；谐波；发电量损失

逆变器中主要为电力电子元件，容易产生谐波。目前，国标GB-T 37408-2019《光伏发电并网逆变器技术要求》中7.3.2条规定：逆变器输出电流谐波总畸变率应不大于5%IN，其中，IN为逆变器交流侧额定电流。而行业内，普遍能做到小于3%IN，高于国标要求。

1.案例分析

笔者公司某个大型地面电站采用了某品牌的组串式逆变器，并网一段时间后发现，故障录波屏上的谐波分析模块测试到电站的5次和7次谐波出现异常，早晚发电功率较小时，5次和7次谐波含量在300%以上，中午发电功率较大时，5次和7次谐波含量在130%~150%之间，远远超过了国标要求。经初步分析，基本确认是逆变器的谐波造成的。

逆变器厂家出具了现场谐波测试报告，分别测试了单台逆变器30%PN、50%PN、90%PN工况下的谐波含量，结果如下：

30%PN工况时：

50%PN工况时： 90%PN工况时：

谐波会导致变压器铜损、铁损及其他杂散损耗增加；会缩短绝缘材料的使用寿命；会导致继电保护设备的误动作或拒动；会影响计量系统的计量准确性；会导致线损增加。以上这些，最终都会导致发电量的降低，那么，该如何计算由于谐波影响造成的发电量损失呢？

2.损失计算

笔者查询了一些资料后，发现目前并没有统一的计算公式，于是，笔者结合自身经验，整理了如下的近似计算方法，供大家参考。

假设逆变器输出功率不变，电压跟随电网电压，也不变，因此，基波电流不变。根据电路原理基本知识，总电流由直流电流分量、基波电流分量和谐波电流分量组成。由此，可推导出下式：

式中： ——总电流，A

——直流电流，A

——交流基波电流，A ——交流谐波电流，A

然后根据实测的谐波电流数据，分别计算每种工况下的功率损耗：

30%PN工况时：直流电流含量最大值1.3%*14.6＞0.5%*14.6，总谐波电流值3.4%*14.6＞3%*14.6，则 ，

△I=14.7982-14.6814=0.1168A，△P=1.732*0.1168*0.54=0.1092KW；

50%PN工况时：直流含量最大值1.3%*32.1＞0.5%*32.1，总谐波电流值2.1%*32.1＜3%*32.1，则 ，

△I=32.5244-32.2749=0.2495A，△P=1.732*0.2495*0.54=0.2334KW；

90%PN工况时：直流含量最大值2.2%*43.9＞0.5%*43.9，总谐波电流值1.7%*43.9＜3%*43.9，则 ， 。

△I=44.8721-44.1393=0.7328A，△P=1.732*0.7328*0.54=0.6854KW.

将上述各种工况下的功率损耗加权平均，再乘以发电小时数，得到最终的发电量损耗。

根据《光伏并网逆变器中国效率技术条件》GCG/GF 035:2013附录B，效率权重系数取值如下：

表B.1 中国太阳能资源区光伏并网逆变器加权效率的权重系数表

权重系数

αcgc-1 αcgc-2 αcgc-3 αcgc-4 αcgc-5 αcgc-6 αcgc-7

0.02

负载点

MPP-1

0.05

0.03

MPP-2

0.10

0.06

MPP-3

0.20

0.12

MPP-4

0.30

0.25

MPP-5

0.50

0.37

MPP-6

0.75

0.15

MPP-7

1.00

我们取0~40%PN工况权重系数为0.23，40%PN ~80%PN工况权重系数为0.62，80%PN

~100%PN工况权重系数为0.15。

该项目组件倾斜面上年日照时数为1242h。

那么，单台组串式逆变器的△W总=（0.1092*0.23+0.2334*0.62+0.6854*0.15）*1242=338.61 kwh。单台逆变器的损失电量乘以数量，即为每年全站发电量损失，为634*338.61=214678.74kwh，即21.47万度。25年总电量损失为536.75万度。

假设以今年的贷款基准利率4.9%作为折现率，利用财务净现值FNPV的计算方法可以计算得出，折算到今年每年损失电费为9.78万元，折算到今年25年总计损失电费为244.52万元。

3.结论

由此可见，谐波对光伏电站的影响确实非常大，对公司的收益造成很大的损失，对此需采取措施进行有效控制。

参考文献

[1]熊远生.太阳能光伏发电系统的控制问题研究[D].杭州：浙江工业大学，2009.

-全文完-

2023年6月21日发(作者：)

光伏逆变器因谐波造成的发电量损失计算方法

摘要：随着优质土地资源的越来越稀缺，光伏电站近几年来转战光照资源相对较好的山地，山地光伏电站因地制宜，组件大多采用随坡就势的布置方式，从设计角度考虑，逆变器应采用组串式逆变器，不同方位角和倾角的组串接入不同的MPPT，以获得更多的发电量，提高发电收益。

关键词：光伏逆变器；谐波；发电量损失

逆变器中主要为电力电子元件，容易产生谐波。目前，国标GB-T 37408-2019《光伏发电并网逆变器技术要求》中7.3.2条规定：逆变器输出电流谐波总畸变率应不大于5%IN，其中，IN为逆变器交流侧额定电流。而行业内，普遍能做到小于3%IN，高于国标要求。

1.案例分析

笔者公司某个大型地面电站采用了某品牌的组串式逆变器，并网一段时间后发现，故障录波屏上的谐波分析模块测试到电站的5次和7次谐波出现异常，早晚发电功率较小时，5次和7次谐波含量在300%以上，中午发电功率较大时，5次和7次谐波含量在130%~150%之间，远远超过了国标要求。经初步分析，基本确认是逆变器的谐波造成的。

逆变器厂家出具了现场谐波测试报告，分别测试了单台逆变器30%PN、50%PN、90%PN工况下的谐波含量，结果如下：

30%PN工况时：

50%PN工况时： 90%PN工况时：

谐波会导致变压器铜损、铁损及其他杂散损耗增加；会缩短绝缘材料的使用寿命；会导致继电保护设备的误动作或拒动；会影响计量系统的计量准确性；会导致线损增加。以上这些，最终都会导致发电量的降低，那么，该如何计算由于谐波影响造成的发电量损失呢？

2.损失计算

笔者查询了一些资料后，发现目前并没有统一的计算公式，于是，笔者结合自身经验，整理了如下的近似计算方法，供大家参考。

假设逆变器输出功率不变，电压跟随电网电压，也不变，因此，基波电流不变。根据电路原理基本知识，总电流由直流电流分量、基波电流分量和谐波电流分量组成。由此，可推导出下式：

式中： ——总电流，A

——直流电流，A

——交流基波电流，A ——交流谐波电流，A

然后根据实测的谐波电流数据，分别计算每种工况下的功率损耗：

30%PN工况时：直流电流含量最大值1.3%*14.6＞0.5%*14.6，总谐波电流值3.4%*14.6＞3%*14.6，则 ，

△I=14.7982-14.6814=0.1168A，△P=1.732*0.1168*0.54=0.1092KW；

50%PN工况时：直流含量最大值1.3%*32.1＞0.5%*32.1，总谐波电流值2.1%*32.1＜3%*32.1，则 ，

△I=32.5244-32.2749=0.2495A，△P=1.732*0.2495*0.54=0.2334KW；

90%PN工况时：直流含量最大值2.2%*43.9＞0.5%*43.9，总谐波电流值1.7%*43.9＜3%*43.9，则 ， 。

△I=44.8721-44.1393=0.7328A，△P=1.732*0.7328*0.54=0.6854KW.

将上述各种工况下的功率损耗加权平均，再乘以发电小时数，得到最终的发电量损耗。

根据《光伏并网逆变器中国效率技术条件》GCG/GF 035:2013附录B，效率权重系数取值如下：

表B.1 中国太阳能资源区光伏并网逆变器加权效率的权重系数表

权重系数

αcgc-1 αcgc-2 αcgc-3 αcgc-4 αcgc-5 αcgc-6 αcgc-7

0.02

负载点

MPP-1

0.05

0.03

MPP-2

0.10

0.06

MPP-3

0.20

0.12

MPP-4

0.30

0.25

MPP-5

0.50

0.37

MPP-6

0.75

0.15

MPP-7

1.00

我们取0~40%PN工况权重系数为0.23，40%PN ~80%PN工况权重系数为0.62，80%PN

~100%PN工况权重系数为0.15。

该项目组件倾斜面上年日照时数为1242h。

那么，单台组串式逆变器的△W总=（0.1092*0.23+0.2334*0.62+0.6854*0.15）*1242=338.61 kwh。单台逆变器的损失电量乘以数量，即为每年全站发电量损失，为634*338.61=214678.74kwh，即21.47万度。25年总电量损失为536.75万度。

假设以今年的贷款基准利率4.9%作为折现率，利用财务净现值FNPV的计算方法可以计算得出，折算到今年每年损失电费为9.78万元，折算到今年25年总计损失电费为244.52万元。

3.结论

由此可见，谐波对光伏电站的影响确实非常大，对公司的收益造成很大的损失，对此需采取措施进行有效控制。

参考文献

[1]熊远生.太阳能光伏发电系统的控制问题研究[D].杭州：浙江工业大学，2009.

-全文完-