摘要：目前，我国对可再生能源的应用和发展给予足够的重视，光伏发电技术得到快速发展。本文主要对光伏发电系统谐波存在的因素进行分析，并根据光伏发电谐波产生的主要原因提出了相应的改善措施，为大规模风电新能源接入电力系统提供了提升电能质量的技术措施。
关键词：光伏发电；谐波；抑制方法；谐波控制
引言
进入新世纪以来，传统能源消耗日益增长，化石能源面临枯竭的危险，当前最主要的任务就是寻找新能源来替代污染严重的化石能源。新能源主要来源于太阳，因为太阳能取之不尽、用之不竭，所以，它受到了人们的高度关注。当今社会科技发展迅猛，一些新技术、新理念也应用到了太阳能行业，再加上世界各国的大力扶植，太阳能光伏发电产业借此机遇也得到了快速发展。光伏并网发电是太阳能大规模开发利用的必然趋势，具有高环保、低噪声、适用范围广等优点，备受社会的青睐。但是，光伏并网带来的谐波污染问题越来越严重，不仅导致电能质量不断下降，还引起了不必要的能量损耗。如今，在光伏并网系统中，消除谐波和提高电流波形质量成为了重点研究内容。
1光伏发电系统的结构及特点
现如今，社会发展面临资源不足、环境恶化这一现实问题，解决这一问题的过程中将关注点投放在新能源开发方面，其中，光伏发电在关注、探究的范围内，虽然这种形式的能源开发会花费较高成本，但随着先进技术的不断应用，光伏发电具有良好的应用前景。为了实现环境保护、资源节约这一发展目标，各国研究学者不断努力，齐心协力研究光伏发电关键技术，尽可能的提高技术可行性，确保光伏发电占有较高比例于新能源结构中。我国正处于光伏发电系统关键技术研究的重要时期，要想扩大市场规模，应加强技术投入以及政策支持，尽可能的缩小与发达国家间的差距。光伏发电系统是可直接将光能转化为电能的一种发电系统。根据不同的特点，太阳能光伏发电可分为光伏发电、光热发电。太阳能光伏发电也指太阳能发电，即可简称为“光电”。光电是利用半导体的光伏特性，将光能直接转化为电能的一种新型技术。近年来，随着我国科学技术的不断发展，光电技术的应用也越来越完善和成熟。其中，太阳能电池在经过串联、封装后可形成电磁组件，然后加对强控制器，即可组成光伏发电装置。由于光伏发电系统具有极大优势，所以这一技术在我国被广泛的应用于电力发电事业中。光伏发电主要具有以下特点:无转动部件，使得系统运行无噪音；不排放废水，无空气污染；维修费用低，维修保养作业简单；无工质消耗，运行安全可靠；电池使用寿命长；启动快，在有阳光的情况下，即可发电；适用范围广，如工厂、变电站、居民楼；建设周期短，安装简单；建设规模可大可小。
2谐波带来的危害
谐波是电流中所含频率为基波整数倍的电流，从数学上说，对周期性的非正弦电流进行傅立叶级数分解，所有大于基波频率的电流即为谐波。依照傅立叶级数的原理，周期函数均能展开为常数和一组共同周期的正弦与余弦函数之和。在平衡的电力系统中，由于三相对称，大部分偶次谐波由于被抵消而减少，主要存在的是奇次谐波。与此同时谐波具有以下几点危害：第一，谐波电流频率高于基波频率，由于集肤效应和邻近效应，将降低线路的输送容量；谐波电流也会增加变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损，同样降低了变压器的变压容量。第二，由于谐波会使电力设备的附加损耗增加，谐振时可产生机械震动，并且引起谐波过电压，将加速设备老化，甚至损坏设备。第三，谐波会引起继电保护以及自动装置的误动或拒动，可能造成系统故障或系统故障范围扩大，导致电力系统运行的可靠性降低。第四，当电力线路存在谐波电流时，由于电磁耦合，在邻近的通信线路中将产生干扰电压，影响通信质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3谐波治理措施
3.1无源滤波器
在太阳能光伏发电系统中，一般在逆变器与并网侧之间安装无源滤波器，由电阻R、电感L和电容C构成回路。为了阻止高次谐波流入电网，可以通过计算来选择电感L、电容C的参数，当回路中谐波频率与高次谐波频率相同时，即达到消除谐波的目的。无源滤波器就相当于一种波形发生器，先采集谐波信息，然后再输出一种幅值相等方向相反的谐波，从而抵消谐波源产生的谐波。传统的无源滤波器有L型滤波器、LC型滤波器、LCL滤波器。目前，一些新型无源滤波器也相继出现，但大都是在传统滤波器的基础上改进而来的。无源滤波器结构简单，容易控制，稳定性好，便于维护。但是，无源滤波器只能消除某一固定级的谐波，如果线路中含有很多级次谐波，需要针对每次谐波设计一种滤波器，这样会导致有效材料的过多消耗，不符合经济性原则。
3.2电缆线路的谐波抑制措施
配电系统中的电缆线路必须保证能够在传输基波电流和谐波电流的同时，不会产生电缆线路过热，从而造成过多的损耗。减少线路过热的方法中最直接也最简单的方式就是增大电缆线路的截面，对中性线也可以加装滤波器来有效的抑制谐波电流。但负荷中有谐波电流存在时，相线计算电流应按基波电流和谐波电流叠加后的电流大小选择相应的截面积。三相平衡系统中，有可能存在谐波电流，其中影响最显著的是三次谐波电流，因为三相的三次谐波电流同相位，所以中性线三次谐波电流值等于相线谐波电流的3倍。因此，选择电缆线路导体截面时，应计入谐波电流的影响。当谐波电流较小时，仍可按相线电流选择导线截面，但计算电流应考虑谐波对电缆载流量降低系数的影响。当三次谐波电流超过33%时，它所引起的中性线电流将超过基波的相电流，此时应按中性线电流选择导线截面，计算电流同样应考虑谐波对电缆载流量降低系数的影响。这是因为对于明敷的导线，其带电导体直接的距离比较大，各导体周围有足够的空间将其所发出的热量散发到空气或其他介质中，导体间的发热一般不会相互影响，这种情况可以根据线路计算出来的电流直接进行导线选择即可。然而对于电缆线路，由于各导体之间相互紧贴，它们的发热将相互影响，所以需要将其视作一个综合发热体来考虑。由于谐波电流使回路中产生了额外的热量，从而降低了电缆线路的载流量，这种情况下需要采用降低系数的方式对线路电流进行相应的校正，才能正确选择电缆截面。
3.3有源滤波器
有源滤波器主要分为2部分，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。补偿电流发生电路由主电路、驱动电路、电流跟踪控制电路3部分组成，各部分缺一不可，协同工作。滤波器的工作原理是，先检测电路中的谐波和无功，然后经过一系列运算产生相应可抵消电路谐波及无功的谐波。有源滤波器可以实时进行谐波补偿，不仅能够达到消除谐波的目的，还能够进行无功补偿。由于基波是由交流电源直接加到变流器上的，而变流器也提供大部分的补偿电流，这样就要求变流器拥有足够大的容量，这也是很多有源电力滤波器单独使用时的主要缺点。
结语
由于谐波产生的源头复杂多样，在选择谐波治理方法时，需要考虑设备结构、效率、精度、成本和稳定性等因素。主动治理和受端治理的应用领域比较窄，而被动治理方法应用领域广泛，是目前治理电力谐波问题时采用的主要方法之一。首先要从源头做起，做好设备的管理，最大可能降低谐波的出现。另外，要提高认识，做好谐波治理，避免谐波危害。从实践来看，应用有源电力滤波器是当前抑制谐波最为重要的措施，可以进行大范围推广。
参考文献：
[1]熊杰锋，李群，袁晓冬等.电力系统谐波和间谐波检测方法综述[J].电力系统自动化，2013，37(11):125－133．
[2]仝其丰，李田泽，史春玉，等.具有谐波补偿功能的光伏并网发电系统研究[J].国网技术学院学报，2016，19（4）：16-24.
论文作者:董洁茹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/7/9
标签：谐波论文; 电流论文; 滤波器论文; 光伏论文; 无源论文; 基波论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第8期论文;