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摘要：随着光伏产业发展越来越迅速，大量的分散式光伏并网必然对原有电网谐波产生一定影响。本论文主要分析了光伏并网后电网谐波产生的原因，以及提出了一种检验谐波影响电网程度的方法，并通过DIGSILENT软件进行了实例仿真并分析。
关键词：光伏；谐波；DIGSILENT
Abstract：With the increasingly rapid development of photovoltaic industry, a large number of distributed photovoltaic grid will inevitably affect the original harmonic generation. This paper mainly analyzes the cause ofgenerating grid harmonic when photovoltaic system connectsthe grid andpresents a method for testing the degree of harmonic power grid and analyzes the example using the DIGSILENT software.
Keywords：photovoltaics；harmonics；DIGSILENT
引言
随着人类对化石能源使用的不断增加，化石类能源所带来的环境污染、全球变暖等弊端也愈加严重。是以，探求一种清洁能源来替代化石类能源已刻不容缓。在众多新能源里面，太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，如今受到各个国家的重视。[1]
中国太阳能资源十分丰富，在环境条件上完全符合发展太阳能光伏产业。在政府的高度重视下，中国现已跻身世界十大光伏市场之列。随着光伏产业发展越来越迅速，大量的分散式光伏并网必然会对原有电网谐波产生一定影响。因此，分析光伏并网后的电网谐波已势在必行。本论文将主要从电网谐波方面进行理论分析，找出一种评估谐波对电网影响程度的方法，并基于DIGSILENT软件进行实例仿真分析。
1 光伏并网后电网谐波理论分析
1.1 谐波产生原因分析
光伏并网前电网谐波主要由电力变压器和非线性负载产生。光伏并网后，由于光伏电源采用了大量的逆变器等电力电子设备，在光伏并网点处会产生大量的谐波，这些谐波在光伏并网总谐波中起主要作用。而且受光照影响而产生的光伏电源出力的间歇性和不稳定性等原因，在光伏并网点处也会产生一定程度的谐波。电力变压器和非线性负载产生的谐波与光伏电源产生的谐波在电力系统中相互叠加，使得谐波增大，增加了危害电力系统的可能性。
现阶段大部分光伏电源采用三相六脉冲逆变器，其三相逆变装置线路图如下：
图1 三相逆变装置线路图
图中为滤波电容，主要功能是过滤交流部分，当负载变化时，使直流更为平滑；
~为三相桥式逆变电路，是逆变器的核心电路；
~和~是交流滤波电路，主要是将逆变器输出的PWM波变成正弦波。
通过三相逆变装置线路图可看出三相六脉冲逆变器所产生的谐波次数分别为（6k±1）次。其交流侧的傅里叶展开式为：
（1）[2]
1.2 谐波计算分析
学术上采用波形畸变来表示谐波对电网的影响程度定义。波形畸变是指非基波部分所引起的整个波形的畸变。波形畸变可以用多个指标来表示，经常用的有单次谐波值、总谐波畸变率、单次简谐波值以及总简谐波畸变率等。本论文用总谐波畸变率来研究光伏并网后的电网谐波。
总谐波畸变率是（THD）是各次谐波含量的方均根值与基波含量的比值（用百分数表示）。
(2)
式中，是计入的最高次谐波，是各次谐波（非基波）含量，是基波含量。
根据GB14549《电能质量¬-公共电网谐波》中规定，0.4kV电压等级公共电网电压总谐波畸变率不得高于5.0%，6kV、10kV电压等级公共电网电压总谐波畸变率不得高于4.0%，35kV、66kV电压等级公共电网电压总谐波畸变率不得高于3.0%，110kV电压等级公共电网电压总谐波畸变率不得高于2.0%。具体公共电网谐波电压（相电压）限值见下表：
1.3 实例仿真分析
DIGSILENT又称数字仿真和电网计算程序（DIgital SImuLation and Electrical NeTwok)，是德国DIGSILENT GmbH公司开发的电力系统仿真软件，在电力系统计算领域具有很高的认可度，被许多大型公司所使用。DIGSILENT可以模拟各种谐波电流源和电压源，对于计算电网谐波非常具有优势。
我国内蒙古地区地势平坦，幅员辽阔，人口稀少，日照阳光充足，适合发展光伏产业。本实例以内蒙古赤峰市一条10kV线路为例，光伏于0.4kV低压侧上网。光伏最大出力为548.8kWp，逆变器采用三相六脉冲逆变装置。
图 2 10kV线路仿真模型
运算仿真模型，测得光伏接入点处的电压总谐波畸变率为1.2%，符合GB14549《电能质量¬—公共电网谐波》中公共电网谐波电压（相电压）的相关规定。其谐波畸变图如下图：
图3 接入点处电压谐波畸变图
由于逆变器采用三相六脉冲逆变装置，故只产生（6k±1）次谐波。从电压谐波畸变图中可以看出，5次谐波畸变率为0.842%，7次谐波畸变率为0.650%，11次谐波畸变率为0.383%…。谐波的畸变率随谐波次数的增加是逐步减小的，也就是说谐波的幅值随谐波次数的增加是逐步减小的。究其原因，是因为基波集中了大部分的信号能量。而且，根据傅里叶变换的收敛性也可看出谐波幅值一定会随谐波次数的增加而降低。
总结
本论文通过对光伏并网后电网谐波产生的原因进行归纳总结，并结合国家标准提出了一种检验电网谐波影响程度的方法，在一定程度上具有较强的可操作性。针对此方法，选择了一个实例用DIGSILENT软件进行仿真，针对性的分析了实例中出现谐波的原因，验证了此方法的可应用性。
参考文献
[1]吴兴龙.光伏并网对配电网的影响[D].合肥：合肥工业大学，2013：1-2
[2]王艳.光伏发电对配电网谐波的影响分析[D].保定：华北电力大学，2014：6-8
[3]钱晓耀,陈卫民, 蔡慧. 基于DIgSILENT的光伏发电系统统一建模及仿真分析[J]. 太阳能学报, 2013(5).
[4]谢宁,罗安,马伏军,等. 大型光伏电站与电网谐波交互影响[J]. 中国电机工程学报, 2013(34):9-16.
作者简介
杨啸帅（1981-），男，研究生，工程师，研究方向为电力系统管理领域。
周开涛（1982-），男，本科，工程师，研究方向为电力工程领域。
宫梓超（1987-），男，本科，助理工程师，研究方向为电力工程领域。
曹茂强（1986-），男，本科，助理工程师，研究方向为电力工程领域。
张荣运（1990-），男，本科，助理工程师，研究方向为电力系统领域。
黄晓萍（1988-），女，硕士研究生，助理工程师，研究方向电力系统领域。
论文作者:杨啸帅, 周开涛,宫梓超,曹茂强,张荣运, 黄晓萍
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/6
标签：谐波论文; 畸变论文; 电网论文; 光伏论文; 电压论文; 基波论文; 逆变器论文; 《电力设备》2016年第4期论文;