探討新能源接入對電網的諧波影響

郝斐

摘要：在清潔能源穩步發展背景下，新能源的應用受到社會各界廣泛關注，為推動社會可持續發展奠定基礎，使生態環境更為健康，滿足人們日益增長的生活及生產需求，推動市場經濟轉型發展，指引能源產業與時俱進，新能源應用價值可見一斑。因此本文以風光新能源為例，對新能源接入對電網諧波影響及抑制措施進行了探究，以期助推新能源行業良性發展。

關鍵詞：新能源;接入電網;諧波影響

隨著經濟的飛速發展，化石能源消耗越來越大，隨之而來的是由于化石能源燃燒排放帶來的環境污染問題，進行能源結構調整已勢在必行。我國近年來通過政策和資金等多方面手段大力支持新能源的發展，各類新能源發電技術得以迅速發展和應用。目前應用最廣、裝機容量最大的新能源主要有風電和光伏發電。風電和光伏發電均屬于清潔能源，但它們在發電過程中存在諸多問題，如能量不連續、電壓閃變、頻率波動以及諧波污染等。基于此，為推動電力事業穩健發展，探析風光新能源接入對電網的諧波影響及抑制措施顯得尤為重要。

1新能源發展現狀和趨勢

1.1風電的發展現狀和趨勢

在我國，新疆戈壁、河西走廊、內蒙古草原、河北北部、吉林、黑龍江、山東半島蘇湖沿海、浙江、張北、浙江、福建、廣東，這12個地區的風力資源豐富，可以利用的風能資源大概有3億千瓦，近岸的海域可利用的大概有7億千瓦左右。風機控制和驅動技術不斷的得到升級，其中包括了定槳距失速調節、變速變槳距調節，調節形式包括：雙饋式、直驅式、混合式驅動。

1.2光伏發電發展現狀和趨勢

我國的光能比較強烈的地區在國家的西北和西部、西南部地區，這些地方的日照都很強烈，可以很好的利用光能進行發電，可以大規模的開發太陽能。并且，在東部沿海地區，經濟比較發達，高樓大廈也比較多的地區，開展了和建筑物一體化的樓頂太陽能利用，并且建設成功了光伏發電的設施。

2諧波及其危害

2.1諧波的定義

諧波是電流中所含頻率為基波整數倍的電流，從數學上說，對周期性的非正弦電流進行傅立葉級數分解，所有大于基波頻率的電流即為諧波。依照傅立葉級數的原理，周期函數均能展開為常數和一組共同周期的正弦與余弦函數之和。

∞

f?t??a0?ancosnωtbnsinnωt?

n?1

∞

f?t??A0An?sinnωtφ?

n?1

式中，常數項A0稱為f（t）的直流分量;A1sin（ωt+φ2）稱為基波;而A2sin（2ωt+φ2）、A3sin（3ωt+φ2）等依次稱為二次諧波、三次諧波等等。

在平衡的電力系統中，由于三相對稱，大部分偶次諧波由于被抵消而減少，主要存在的是奇次諧波。

2.2諧波危害

諧波具體危害可從以下幾個方面進行分析：①在基波頻率低于諧波電流頻率前提下，受臨近效應、集膚效應影響電網線路輸送容量隨之減少，在諧波影響下增加渦流、磁滯損耗，使變壓器容量減少;②諧波能增加電網系統內電力設備損耗，削減其使用壽命，發生機械振動現象，加速設備老化，追加養護成本，若養護不及時還會使設備出現安全故障，降低電網運行安全穩定性;③諧波容易增加電網自動化繼電保護裝置拒動、誤動次數，擴大自動化管控范圍，提升電氣故障發生幾率，影響電網運行成效;④受電磁耦合現象影響電網周邊通信系統將被異常干擾，降低通信效率。在風光新能源接入電網后會增加諧波誘發幾率，這就需要人們在明晰諧波危害前提下總結新能源應用經驗，探析抑制諧波相關消極影響措施，為推動電網朝著節能環保方向發展奠定基礎。

2.3風光發電產生諧波的原因

2.3.1風機發電產生諧波的原因

目前常見的風力發電機主要有兩種，一種是雙饋風力發電機，另一種是變速風力發電機驅動交流（同步）發電機。雙饋風力發電機與變速風力發電機驅動交流（同步）發電機相比，所需的變頻器容量不高，控制也較簡單，能自適應風速變化，運行方式可分為恒壓或恒功率運行。雙饋繞線型異步發電機目前在兆瓦級以上大型并網風力發電機中得到廣泛運用。由于需要電力電子元件參與控制和運行，多數風機并網都會引起電流和電壓的畸變，即產生諧波。

2.3.2光伏發電產生諧波的原因

光伏發電系統一般由太陽電池板、逆變器、控制器、升壓變壓器四部分組成。在太陽能光伏發電系統中，產生諧波的主要設備是逆變器和升壓變壓器等。逆變器產生諧波的原理上一小節已做分析，下面對升壓變壓器產生諧波的原理進行分析。變壓器也是一類諧波源，變壓器的電流波形畸變主要與變壓器的電磁變換原理有關，主要來自電力變壓器的激磁電流。假設變壓器的鐵芯不存在磁滯，根據磁通和激磁電流之間的磁化曲線，隨著激磁電流的增大或較小，磁通變化幅度越來越小，激磁電流和其產生的磁通之間不是線性關系，因此原邊電流并不是完整的正弦波，而是周期性的、但含有各類諧波的電流。激磁電流的畸變主要是由高次諧波引起的，特別是三次諧波。

3抑制風光新能源接入對電網造成諧波影響措施

通過分析風光新能源接入對電網造成諧波影響可知，無論是風力發電還是光伏發電，產生諧波的主要原因在于各自系統中的電力電子設備，具體而言最主要的就是逆變器。無論是風機發電還是光伏發電均會對電網穩定性、安全性帶來負面影響，這就需要電網工作者秉持自省、反思精神，立足新時代電網節能、高效、安全、環保發展實況，探析抑制風光新能源接入對電網造成諧波影響措施，旨在提高新時代電網供電服務質量。

3.1調整接線方式

具有輸出電能功效變壓器應運用△/Y或Y/△接線方式，120°為工頻相位差，360°則為三次諧波作用下產生的相位差，為此應運用△連接方式，在內阻上產生諧波損耗，為解決諧波損耗問題，可分別在九次、十五次等產生諧波的位置上運用相同接線方式避免諧波對電網帶來的負面影響，規避電網內流入高次諧波，使電網系統更為安全穩定。

3.2應用輔助過濾裝置

就是采用輔助濾波設備，即濾波器，主要分為無源濾波和有源濾波。無源濾波包括并聯濾波器和串聯濾波器。最常用的是串聯濾波器，串聯濾波器是由電容和電感串聯構成的LC濾波電路。串聯濾波器利用的是串聯諧振的原理，對于諧振頻率的電流表現出很低的阻抗，而對于偏離諧振頻率的電流則阻抗迅速增加，且頻率偏離幅度越大，阻抗也越大。因此，將諧振頻率設計成工頻，在三相電路中均接入串聯濾波器，由于串聯帶通濾波器對基波電流的阻抗很小，而對其他次數的諧波電流阻抗很大，于是只用一組濾波器就可以濾除大部分頻率的諧波。有源電力濾波器即一種自帶電源的濾波器，是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能對不斷變化的諧波以及無功進行及時補償。有源濾波器能檢測補償對象的諧波電流，并有相應補償裝置產生一個與該諧波大小相等但相位相差180°的補償電流，從而實現諧波消除。

3.3應用技術措施消除諧波

無論是調整接線方式還是應用輔助裝置，均需在原有電網內添加特殊元件，雖然這些元件對電網流通帶來的影響較小，但需電網投入一定成本予以敷設，同時需做好相關裝置養護工作，追加電網運行成本，為此研究學者加大諧波去除技術研究力度，在無需額外敷設前提下消除濾波，使風光新能源得以高效接入電網。例如，技術人員可根據電網運行情況做好風機合理排列工作，通過調配各類風機安裝位置減少諧波，考量風機類型、諧波頻率、不同相位對電網運行效果產生的消極影響，應用信息化建模技術手段運算得出諧波電流數據，以此為由調整風機接線順序，使風機能互相抵消部分諧波，這對于諧波電流較小電網較為適用，但無法全部消除諧波，為此技術人員需根據電網運行需求融合若干技術手段，旨在消除電網諧波，提高電網供電服務質量。

4結語

綜上所述，我國電網運行系統更為穩定需關注諧波問題，應用輔助過濾裝置，應用技術措施消除諧波，加強電網運維，降低電氣設備因諧波問題受損幾率，推動電網系統朝著節能環保、安全穩定、科學高效方向發展。

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