浅析分布式光伏发电并网谐波影响及治理

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析分布式光伏发电并网谐波影响 及治理 【摘 要】并网逆变器谐波的治 理对分布式光伏l 电并网的推广具有 重大的意义。本文介绍了电力谐波的定 义，危害；阐述了谐波的产生机理；分 析了传统谐波治理措施的优缺点；并简 述了部分新的治理策略，具有一定的指 导意义。 中国论文网 /8/view-12936529.htm 【关键词】分布式光伏发电；谐 波危害；治理策略 中图分类号： TM615 文献标识 码： A 文章编号： 2095- 2457（2018）04-0131-002 A Brief Analysis of the Influence -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 and Governance of Distributed Photovoltaic Power Grid WANG Jing-zhi LIU Zi SONG Qi- yang XU Jia-dong （Physical engineering college of zhengzhou university，zhengzhou henan 450000，China） 【Abstract】The governance of the grid-connected inverter is of great significance to the distribution of distributed photovoltaic power generation.This paper introduces the definition and harm of power harmonics.The generation mechanism of harmonics is described.The advantages and disadvantages of traditional harmonic control measures are analyzed.It also introduces some new management strategies，which has certain guiding significance. 【Key words】Distributed -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 photovoltaic power generation；Harmonic damage；The governance policies 0 引言 伴随着科技的发展，传统油气能 源的大量使用，使之面临枯竭，开发清 洁的新型能源成为世界各发达国家研究 的热点。太阳能清洁无污染又取之不尽 用之不竭的优点使之成为了新型能源中 最大的亮点1-3。目前光伏发电有两种 形式：集中式光伏发电、分布式光伏发 电。集中式光伏发电占地面积大、输送 困难、输电线路损耗多，但是分布式光 伏就可以很好的解决这些问题，因为分 布式光伏发电系统遵循就近发电、就近 并网、就近转换、就近使用的原则。分 布式光伏系统包括：光伏阵列、并网逆 变器、蓄电池储能环节、控制器、变压 器等。作为新兴产业，分布式光伏发电 系统还存在许多问题，其中并网过程中 由于逆变器的非线性工作使输出电流携 带了大量的谐波2-5，严重影响了发电 的质量，同时污染了电网的电能，对各 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 种电力设施也产生了不良影响，这些问 题都亟待解决6。本文在调研了国内外 诸多专家学者在解决分布式光伏发电谐 波问题上的成果后给出在实际应用中可 行的办法，对国内分布式光伏的推广具 有一定的指导意义。 1 谐波及谐波产生机理 电力系统中的谐波是指对周期性 非正弦交流量进行傅里叶级数展开，在 得到与基波频率一致的分量外还存在着 大与基波频率的分量，这些分量统称为 谐波，并且将高于二倍基波频率的谐波 分量称为高次谐波。又从广义上讲任何 与工频频率不同的的成分均称为谐波， 于是又有了“ 分数谐波” ， “间谐波”， “次谐 波”等的说法 4。谐波产生机理是在直 流变交流过程中，逆变器的电力电子开 关以很高的频率开与关，这种非线性工 作模式导致输出波形存在一定的畸变， 并且逆变器中的半导体元件的导通和断 开需要一定的时间即死区时间，因此需 要将不同桥臂的开关错开一定的时间， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 这样将引入谐波7-8。 2 谐波的危害 电力谐波的危害体现在我们生活 的方方面面，它影响电力输送系统、影 响电力保护装置、影响家用电器，影响 通讯设备，谐波对我们的生活造成了严 重的影响。 2.1 对输电线路的影响 输电线路的电阻会受到电流频率 的影响，且与频率成正比。输电线路中 由于大量谐波的存在加之集肤效应的扩 张与放大，使电路耗损增加8-10，这 是电力输送过程中电能损耗较为严重的 因素。当电路中存在电容和电感，电路 在某一频率时会发生谐振，造成谐波电 流放大，导致各种电力电子器件由于过 压和过流发热甚至损坏，不仅如此，谐 波对电力电缆的影响更加严重，电缆线 路对地电容是架空电路对地电容的 1020 倍，因此电缆中的电流更容易出 现谐波谐振，导致电缆被击穿4 8 11-12。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 2.2 对继电保护装置的影响 电力系统的继电保护装置高度灵 敏，其正常工作各项指标量的确定是以 电网基波的量设定的，谐波的各项指标 不同于基波，因此继电保护装置对谐波 十分敏感，谐波的存在会导致继电器误 动，影响电力系统正常供电9-11。 2.3 对变压器的影响 电压器是由大量线圈缠绕而成的， 谐波电流通过变压器时会产生大量的热， 这会对变压器造成严重的危害，导致变 压器的绝缘材料的寿命严重缩短，产生 的大量的热还会造成变压器的铜损和铁 损增加10，更严重时会导致变压器烧 毁，造成局部区域电力系统瘫痪。 2.4 对精密计量仪器仪表的影响 我国普通居民家用的电能计量仪 表（电表）均是以工频 50HZ 标准正弦 波的参数设计的，而与工频不一致的电 力谐波导致电表的工作处于非正常状态， 对居民用电计量存在较大误差。谐波产 生户会因为计量的误差少缴纳电费，而 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 那些普通用户却要在谐波的影响下多缴 纳电费11。 2.5 对音频图像处 理设备的影响 电力电网中的谐波会产生电磁感 应现象，如果临近通信线路，则电磁波 会对通信讯号产生干扰影响话质13-14， 谐波还会导致计算机电视机图像严重畸 变，屏幕亮度跳变，电路板过热等危害 11-12。 3 谐波治理的方法 传统的并网谐波治理方法主要有： 串联电抗器，有源滤波，无源滤波，增 加整流设备的相数等13 15；本文主要 介绍有源滤波和无源滤波两种技术。 3.1 无源滤波器 针对分布式光伏并网逆变器产生 的谐波，可以在逆变后的输出电流线路 中加置无源滤波装置。目前无源滤波装 置是应用最广泛的滤波装置之一，其突 出的优点是结构简单，性能可靠，成本 极低，是许多大型谐波产生户的首选。 主要的工作原理是将电抗器与电容器串 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 联起来组成 LC 串联回路并联在电网中， 使谐波电流在电网和滤波器之间分流 16，其行为模式为提供被动式谐波电 流旁路通道，要使滤波器起作用还需要 将滤波器设定在特定的频率上如：5 次， 7 次，9 次等的谐振c 上。但是这种谐 波抑制策略受电网的影响很大，因为只 有滤波电路的阻抗远远小于电网阻抗无 源滤波器才能起作用，由于电网阻抗本 来就很小，要想达到滤波条件就需要并 联多个无源滤波器，不仅如此无源滤波 器还对电网背景谐波的变化非常敏感， 背景谐波频率稍微偏离滤波器设定频率， 滤波效果就会大打折扣14，17。 由于 LC 无源滤波器在电网中形 成了串并联回路，这有可能会造成电网 中谐波电流放大，加重电流波形的畸变。 3.2 有源滤波器 有源滤波器是在无源滤波器的基 础上发展起来的，其滤波效果好，在额 定的无功功率范围内滤波效果可以达到 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 百分之百，并且它能对电网谐波进行动 态补偿不受电网阻抗的影响。它的工作 原理是由电力电子元件组成的电路产生 一个与电网谐波同频率同振幅但是相位 相反的电流，使之与电网中的谐波电流 相抵消。由于受到电力电子元器件的各 项限制，加上复杂的工艺，成本极高 16-17。 3.3 新型治理策略 除了传统的谐波治理策略外，还 有许多学者针对不同的方面做了大量的 研究。文献18 针对当前传统逆变器存 在的共模漏电流严重，中点电位二次脉 动，转换电压二次谐波含量较多的问题 设计了一种新型逆变器且在仿真试验中 验证了其性能优于传统逆变器；文献 19从串阻式逆变器拓扑及基本控制架 构入手设计了死区效应抑制策略和特定 谐波抑制策略，两种策略组合使其发挥 各自长处。实验结果也验证了该种策略 使谐波含量大幅降低。文献20从简单 的无源阻尼法入手，采用新的策略确保 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 在有电网背景谐波的影响时逆变器能正 常输出标准波形。文献21提出了一种 基于单周控制的治理策略，在功率输出 的同时对公共点处的电流谐