伍泽涌

祥和节能集团总工办，四川 成都 610041

摘要：

在“双碳”战略驱动下，分布式光伏与风电大规模接入国家电网与南方电网，改变了台区传统配电网的单向供电模式，同时也引发了双向潮流电压越限、谐波污染加剧、系统惯量不足以及传统保护装置误动/拒动等新型运维难题。

本文系统分析了光伏、风电等新能源并网后，台区运行的四类核心问题，并介绍祥和节能集团研发的《祥和电保镖”——反常安全保护装置》的技术原理与工程解决方案。该装置通过虚拟电容电抗融合、双向阻隔及反常安全保护技术，可在毫秒级甚至更短时间内平抑电压波动、抑制电压波动、滤除和吸收谐波、替代失效的传统保护装置，并促进三相平衡，有效提升台区运行安全性与新型电能质量。

研究结果为新型配电网台区的高效运维与分布式新能源安全并网提供了实用技术参考。

关键词： 电压越限、分布式光伏；风力发电；低压台区；新型电能质量；反常安全保护；祥和电保镖

Abstract:

Under the “dual carbon” strategy, the large-scale integration of distributed photovoltaic (PV) and wind power into low-voltage distribution areas of State Grid and China Southern Grid has transformed the traditional unidirectional power supply mode. However, it also introduces new operation and maintenance challenges, including bidirectional power flow-induced voltage violations, harmonic pollution, insufficient system inertia, and maloperation or failure of conventional protection devices. This paper systematically analyzes four types of core issues in PV/wind integrated distribution areas and presents the technical principles and engineering solutions of the “Xianghe Electric Bodyguard” (abnormal safety protection device) developed by Xianghe Energy Saving Group. By integrating virtual capacitance/reactance, bidirectional blocking, and abnormal safety protection technologies, the device can suppress voltage fluctuations within ±3% and reduce total harmonic distortion to below 3% in milliseconds, while replacing ineffective traditional protection devices and balancing three-phase currents. The results provide a practical technical reference for the efficient operation of new distribution networks and the safe grid connection of distributed renewable energy.

Keywords: distributed PV; wind power; low-voltage distribution area; power quality; abnormal safety protection; Xianghe Electric Bodyguard

0 引言

截至2025年底，我国分布式光伏累计装机容量已超过250 GW，分散式风电在低压台区的渗透率亦逐年攀升。分布式新能源的随机性、间歇性与波动性并网特性，使传统配电网从“单源单向”向“多源双向”的运行模式急剧转变，新能源并网的危害集中在电压波动、谐波增加、潮流现象、保护难度加大、设备寿命缩短，台区线损增加、功率因数下降及台区安全等方面。国家电网与南方电网覆盖范围内的大量城乡老旧台区，因供电半径长、线径小、保护装置设计陈旧，在新能源高比例接入后频繁出现电压越限、谐波谐振、保护失灵、线损增加、功率因数下降等问题，严重影响台区供电可靠性与设备/电器的使用寿命。

当前，学术界与工程界主要从无功补偿、有源滤波、保护逻辑升级等单点技术入手治理和解决上述问题，但缺乏能同时应对电压、谐波、冲击叠加、同频共振、保护适配与三相不平衡的一体化装置。国家级高新技术企成都祥和云端节能设备集团有限公司（简称祥和节能集团），自主研发的“祥和电保镖”——祥和反常安全保护装置，突破了传统设备仅适配单向潮流和，尚无双向阻隔、抑制、吸收四大机制等的局限，为新能源并网场景下的台区提供了全新解决思路与方案。本文结合典型场景，系统阐述风光并网带来的四类新问题，并分析该装置的技术原理与针对性解决方法与方案。

1 光伏、风电并入国网与南网台区的新型运行问题

传统低压台区采用“电网→负荷”的单向辐射式架构。分布式光伏、风电等新能源并网后，台区电网运行特性发生本质改变，衍生出以下四类突出问题。

1.1 双向潮流导致电压越限与剧烈波动

这是新能源并网背景下最常见投诉最多的问题。例如，在逆潮流抬高电压方面，白天光伏大发，而负荷小，电能反向送台区主干线，末端电压飘升。超220V/400V国标上限，烧家电，灯具颖闪；又如，在电压剧烈波动方面，云层遮挡，阵风突变，光伏/风电出力秒级跳变，台区电压闪变、拉锯，稳压难度极大；再如，在三相不平衡加剧方面，户用光伏多单向就近并网，各家装机不均，导致三相电流/电压失衡，中性点漂移，烧坏零火线，变压器偏向过载。

换个角度看，在光伏午间发电峰值或风电夜间出力波动时段，台区易出现功率反向输送，造成变压器反向过载、线路末端电压异常升高；而傍晚光伏停运、夜间负荷攀升时，电压又快速回落。国网北方城郊、南网南方乡村等老旧台区，供电半径长、导线线径小、线路阻抗大，电压波动幅度常突破限值(三相设备的±7%及单相设备的+7%至-10%）（GB/T 12325—2008）。这不仅引起用户电器故障，还加速变压器与线路绝缘层老化，台区的线损增加，功率因数降低，大幅提升设备/电器的烧毁概率。

1.2 谐波污染加剧，电能质量严重不达标

风光发电需经逆变器并网，其开关动作产生3、5、7次等多次谐波、间谐波，这些电污染叠加发热，导线、开关、接触器等温升超标，干扰电表、载波秒表、智能终端、弱电监控，出现计量不准，通信乱码。当这些谐波叠加台区内充电桩、变频家电等非线性负荷的背景谐波、冲击叠加后，易引发电网阻抗失配与谐振放大，导致电压总谐波畸变率（THDu）远超国标 GB/T 14549-1993 规定的 5% 限值。谐波干扰会造成光伏逆变器频繁脱网、电能计量装置误差增大、精密设备误动作，同时加剧变压器及其它设备/电器发热，能耗加大，缩短使用寿命。

1.3 系统惯量不足，台区运行稳定性下降

常规台区都是从高压→低压单相送电，光伏大发，变成低压倒送高压，配电变压器设计的工况反转，铁芯、绕组损耗异常增大，长期双向潮流+过载冲击，变压器的油温升高，绝缘老化加速，变压器漏油、异响，导致其寿命夭折。

风光发电属于电力电子接口设备，不具备同步发电机的旋转惯量。大规模并网后，台区等效惯量显著降低。当新能源出力突变或负荷骤变时，频率与电压波动幅度扩大，系统恢复速度放缓，易出现电压闪变、三相不平衡加剧等问题。传统保护装置基于高惯量、单向大故障电流设计，尚无双向阻隔、抑制、滤除、收收四大机制，无法适配低惯量运行场景，故障响应灵敏度急剧下降。

1.4 短路电流与保护定值失配，误动与拒动频发，安全隐患突出

传统台区过流、速断保护均基于单向潮流、大故障电流工况设计，风光并网后的分布式逆变器也会提供短路馈入电流，增大台区短路容量，原有熔断器、空开、漏保、过流保护定值，均按传统负荷设定，直接导致保护装置出现“故障不动作、异常跳闸”的失灵现象，导致故障切不掉，扩大事故的拒动，而晴天光伏力就频繁跳闸，停电扰民的误动。

同时，风光等新能源并网带来的瞬流、浪涌、谐波增多，再遇雷击等冲击性电流的叠加，进一步放大电气安全隐患。近年来，我国多地已发生因保护装置失灵而导致的变压器烧毁、线路短路等供电事故。

1.5，频率孤岛安全风险增加

电网线路检修跳闸后，光伏/风电仍局部带负荷形成孤岛运行，检修人员触电的重大安全隐患加大。孤岛状态频率电压脱离电网约束，乱跳变，易批量烧毁用户设备。

1.6，线损飙升，计量纠纷增多，运维压力加大

户用光伏自发自用+余电上网，潮流双向，老式电表/台区线损模型难算准，台区负线损、线损异爆表，并网点杂乱，私拉乱接，接头发热打火，火灾隐患加大，故障排查难度翻倍，分不清是电网问题还是发电侧逆变性问题。

2 祥和电保镖装置核心技术

祥和节能集团研发的祥和电保镖——祥和反常安全保护装置，是针对风电等新型配电网台区新能源并网痛点的一体化安全防护与新型电能质量优化设备。其核心技术包括：

1）双向阻隔技术

祥和电保镖一一祥和反常安全保护装置，能够同时阻断主网侧向台区的冲击干扰，同频共振叠加，雷击损害，以及台区内源谐波、浪涌、瞬流向主网的传播，收到双向阻隔效果。

2）虚拟电容电抗融合技术

祥和电保镖一一祥和反常安全保护装置，通过没有电容实体，而拥有电容的储能、缓冲、滤波、提高功率因数等动态特性，实时调节补偿无功功率，抑制电压波动与谐振，阻隔同频共振，消减冲击叠加。

3）反常安全保护原理

区别于传统“检测大电流跳闸”的逻辑，通过阻隔器、缓冲器、滤波器、治理器、节能器、控制器功能的协同作用，在毫秒级甚至更短时间内，自动识别正常波动与故障隐患，实现“异常速断、正常稳定运行”。

祥和电保镖一一祥和反常安全保护装置的抗电压凸起、抗电压凹陷、抗谐波、抗闪变、抗瞬流浪涌、抗雷击、抗欠压、抗同频干扰、抗冲击及叠加等功能，并能动态促进三相平衡、降低线损，提高功率因数，全面适配国网/南网各类台区。

3 祥和电保镖针对性解决方案

针对第1节所述四类问题，祥和电保镖一一祥和反常安全保护装置，通过合理安装部署与功能精准适配，形成一体化解决方案。

3.1 电压越限与波动治理

将祥和电保镖一一祥和反常安全保护装置安装于台区变压器低压侧或光伏/风电并网点，利用虚拟电容电抗技术，动态补偿无功功率，毫秒级甚至更短时间内平抑电压凸起与凹陷，阻断功率反送带来的电压冲击。现场应用表明，可将台区电压波动范围严格控制在±3~5%以内（优于国标±7%），彻底解决“光伏大发过压、用电低谷欠压”的双向失衡问题。

3.2 谐波等电污染治理

依托祥和电保镖一一祥和反常安全保护装置，规整电网电子运行轨迹，抑制谐波谐振放大，精准吸收3、5、7次特征谐波。经第三方测试，安装后电流总谐波畸变率从8%~12%降至5%以下，消除谐波导致的设备过热、逆变器脱网、计量误差等问题，台区电能质量完全符合GB/T 14549—1993要求。

3.3 保护装置失灵问题解决

祥和电保镖一一祥和反常安全保护装置，可自动精准识别双向潮流下的正常波动与故障信号，清晰区分干扰与真实故障，替代传统保护实现“异常速断、正常稳定运行”，杜绝误动与拒动。同时快速抑制瞬流浪涌、雷击等冲击电流，有效防范设备烧毁、线路短路、触电等安全事故。

3.4 三相不平衡与线损治理

祥和电保镖一一祥和反常安全保护装置，实时监测三相电流，自动调节电流分配，将三相不平衡度降至10%以下（国标限值为15%），降低中性线过载风险，减少变压器铜损与线路损耗。以某南方电网典型台区为例，安装后线损率下降约1.8个百分点，设备预期寿命延长约30%，显著降低了运维管理成本。

4 结语

分布式光伏、风电并入国网/南网低压台区，是能源转型与新型电力系统建设的必然趋势，但也给传统配电网运行带来了电压越限、谐波污染、惯量不足及保护失灵等全新挑战。祥和电保镖——祥和反常安全保护装置，立足台区实际运维痛点，以虚拟电容电抗融合、双向阻隔及反常安全保护技术，实现了电压稳定、谐波治理、保护强化、三相平衡促进、线损降低、功率因数提高与节能增效的一体化解决，为分布式新能源安全高效并网提供了可靠技术支撑。在“双碳”目标落地进程中，该装置可广泛应用于国网/南网各类低压台区，助力配电网向绿色化、智能化、安全化升级，助力产业化与人民生活的新能源化发展。

参考文献

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[6] 祥和节能集团. 祥和电保镖——祥和反常安全保护装置技术白皮书[R]. 成都: 成都祥和云端节能设备集团有限公司, 2025.

作者简介： 伍泽涌（1957—），男，高级工程师，主要研究方向为新型优质电能与系统节能保护技术，编著《节能节电实用指南》一书（中国电力出版社出版发行）