探析风光新能源接入对电网的谐波影响及抑制措施

　　摘 要：在清洁能源稳步发展背景下，风光新能源的应用受到社会各界广泛关注，为推动社会可持续发展奠定基础，使生态环境更为健康，满足人们日益增长的生活及生产需求，推动市场经济转型发展，指引能源产业与时俱进，风光新能源应用价值可见一斑。该通过分析风光新能源接入对电网谐波影响及抑制措施，以期助推新能源行业良性发展。

　　关键词：风光新能源 电网 谐波 影响 抑制措施

　　风光新能源是新时代提供电网运行动力重要资源，基于交流电网工频单一频率是其有效分量，为此在风光新能源接入后会产生不同频率，这些频率被称为“谐波”，主要源于基波电流在电压影响下发生畸变，同时非线性负载如变频器、整流器、逆变器、开关电源、UPS等亦会影响电网稳定性。然而，当前我国与风光新能源接入电网研究成果较少，未能高效解决谐波问题，影响电网中新能源的应用成效，不利于电网体系朝着节能环保方向发展。基于此，为推动电力事业稳健发展，探析风光新能源接入对电网的谐波影响及抑制措施显得尤为重要。

　　1 谐波及其危害

　　1.1 谐波

　　谐波最早诞生在声学领域，在电力系统内于20世纪20年代初期谐波问题引起人们的关注，德国因应用静止汞弧变流器对电流、电压带来一定影响发现谐波问题，使社会各界得以广泛关注电流波形畸变现象。谐波分为奇次谐波、分量谐波及偶次谐波(见图1)，其中额定频率是基波奇数倍如三次、五次、七次等称之为奇次谐波;额定频率是基波偶数倍如二次、四次、六次等称之为偶数谐波;频率是基波非整数倍称之为分量谐波。在累积研究经验前提下得出谐波计算公式：f(t)=a0+(an cosnωt+bn sinnωt)。其中，f(t)直流分量为a0，基波为sin(ωt+Φ2)，在改变常数项基础上可得到二、三次及更多的谐波，为计算谐波以及解析谐波危害奠定基础。

　　1.2 谐波危害

　　谐波具体危害可从以下几个方面进行分析：第一，在基波频率低于谐波电流频率前提下，受临近效应、集肤效应影响电网线路输送容量随之减少，在谐波影响下增加涡流、磁滞损耗，使变压器容量减少;第二，谐波能增加电网系统内电力设备损耗，削减其使用寿命，发生机械振动现象，加速设备老化，追加养护成本，若养护不及时还会使设备出现安全故障，降低电网运行安全稳定性;第三，谐波容易增加电网自动化继电保护装置拒动、误动次数，扩大自动化管控范围，提升电气故障发生几率，影响电网运行成效;第四，受电磁耦合现象影响电网周边通信系统将被异常干扰，降低通信效率[1]。

　　在风光新能源接入电网后会增加谐波诱发几率，这就需要人们在明晰谐波危害前提下总结新能源应用经验，探析抑制谐波相关消极影响措施，为推动电网朝着节能环保方向发展奠定基础。

　　2 分析风光新能源接入对电网造成谐波影响内因

　　在电网中非线性负载是谐波产生根本内因，在电流通过负载过程中，二者形成非线性关系，形成若干非正弦电流即谐波。基于半导体晶闸管及相关构件具有非线性特性，风机发电、光伏发电及相关装置脱离正弦曲线，客观上追加谐波源，使电网出现谐波问题，影响电网运行综合成效。

　　2.1 电网风机发电诱发谐波问题内因

　　当前常见风机为两种，即变速风机及双馈风机，相较于变速风机，双馈风机对变频器容量要求不高，操作较为简便，可以根据风速做出调整，分为恒功率、恒压运行两种形态。双馈风机在兆瓦级别之上电网中应用较为广泛。基于风光新能源需电力电子元件运行、控制，为此会增加电网中电压、电流畸变几率，在此过程中产生谐波影响电网稳定性、安全性。例如，双馈风机结构见图2，主要由电压源型变流器、风轮机等电气元件构成，该发电机结构中双向功率转换装置与转子绕组连接在一起，公用电网端连接定子绕组，在其与电网相互连接基础上产生电功率，另一端转子绕组需根据发电机实际转速有所转变，确保同步运转，在运转中变流器AC—DC—AC处于长期工作状态，为调整电压可转变导通角，实现直流、交流电压相互转化目标，并在此过程中产生谐波。

　　2.2 电网光伏发电诱发谐波问题内因

　　控制器、逆变器、电池板、升压变电器等是组建常见光伏发电系统主要构件，其中升压变压器、逆变器是产生谐波重要构件。作为谐波源之一的变压器受电磁变换因素影响，加之电网内变压器存在激磁电流，在变压器不存在铁芯前提下，以激磁电流、磁通形成磁化曲线为依托，电流变化会引起磁通幅度发生调整，磁通与激磁电流是非线性关系，为此正弦波并不完整，呈周期性变化状态同时富含多类谐波，继而受电网高次谐波影响产生激磁电流畸变现象[2]。

　　3 抑制风光新能源接入对电网造成谐波影响措施

　　通过分析风光新能源接入对电网造成谐波影响内因可知，无论是风机发电还是光伏发电均会对电网稳定性、安全性带来负面影响，这就需要电网工作者秉持自省、反思精神，立足新时代电网节能、高效、安全、环保发展实况，探析抑制风光新能源接入对电网造成谐波影响措施，旨在提高新时代电网供电服务质量。

　　3.1 调整接线方式

　　具有输出电能功效变压器应运用△/Y或Y/△接线方式，120°为工频相位差，360°则为三次谐波作用下产生的相位差，为此应运用△连接方式，在内阻上产生谐波损耗，为解决谐波损耗问题，可分别在九次、十五次等产生谐波的位置上运用相同接线方式避免谐波对电网带来的负面影响，规避电网内流入高次谐波，使电网系统更为安全稳定[3]。

　　3.2 应用辅助过滤装置

　　在风机发电及光伏发电进程中逆变器是谐波产生主要装置，同时升压变压器亦会产生谐波，为此需从源头控制谐波，除通过配置及调整开关来规避谐波消极影响外，还可应用辅助过滤装置——滤波器。其中，濾波器无源滤波大致分为串联及并联滤波器两类，后者较为常用，主要由LC滤波电路、电容构成，在串联谐波原理支持下使谐振频率阻抗随之降低，可增加偏离谐振频率阻抗，阻抗与频率偏低幅度成正比。基于此，根据电网运行需求，以规避谐波消极影响为基础将相关频率设计成工频形式，将串联滤波器接入电网内，成为电路一部分。基于该装置可对基波产生较小阻抗，对其他谐波产生较大阻抗，为此可在应用一组装置前提下完成滤波任务，避免大部分谐波对电网带来的不良影响。作为自带电源装置的有源电力滤波器是可以补偿无功、动态抑制新型装置，该电力电子设备可针对变化谐波予以补偿，相关补偿呈灵动性、实时性、发展性，针对谐波电流进行及时检测，以便调整补偿机制，在补偿装置支持下产生同谐波相等且相差180°相位的补偿电流，达到消除电网内谐波的目的。

　　3.3 应用技术措施消除谐波

　　无论是调整接线方式还是应用辅助装置，均需在原有电网内添加特殊元件，虽然这些元件对电网流通带来的影响较小，但需电网投入一定成本予以敷设，同时需做好相关装置养护工作，追加电网运行成本，为此研究学者加大谐波去除技术研究力度，在无需额外敷设前提下消除滤波，使风光新能源得以高效接入电网。例如，技术人员可根据电网运行情况做好风机合理排列工作，通过调配各类风机安装位置减少谐波，考量风机类型、谐波频率、不同相位对电网运行效果产生的消极影响，应用信息化建模技术手段运算得出谐波电流数据，以此为由调整风机接线顺序，使风机能互相抵消部分谐波，这对于谐波电流较小电网较为适用，但无法全部消除谐波，为此技术人员需根据电网运行需求融合若干技术手段，旨在消除电网谐波，提高电网供电服务质量[4]。

　　4 结语

　　综上所述，为使我国电网运行系统更为稳定需关注谐波问题，在接入风光新能源前提下通过调整接线方式，应用辅助过滤装置，应用技术措施消除谐波，加强电网运维，降低电气设备因谐波问题受损几率，控制电网运营成本，在满足新时代人们日益增长的用电需求基础上，推动电网系统朝着节能环保、安全稳定、科学高效方向发展。

　　参考文献

　　[1] 吴彧.风光新能源接入对电网的谐波影响及抑制措施分析[J].机电信息，2017(33)：1-2.

　　[2] 时圣尧.风光互补并网发电监控及评估系统[D].东北大学，2016.

　　[3] 王志新，孙耀杰，史伟伟，等.光伏发电控制关键技术开发和产业化应用[D].上海交通大学，2018.

　　[4] 申健.风光联合发电系统并网运行技术的研究[D].大连交通大学，2017.

　　推荐阅读：《水电能源科学》(Water Resources and Power)属于工业技术类学术性刊物，创刊于1983年，教育部主管，中国水力发电工程学会、华中科技大学主办，武汉国测三联水电设备有限公司、郑州大学水科学研究中心协办主要报道水、电、能源及相关学科的新理论、新技术、新方法及工程应用成果。