探讨新能源接入对电网的谐波影响

郝斐

摘要：在清洁能源稳步发展背景下，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，新能源应用价值可见一斑。因此本文以风光新能源为例，对新能源接入对电网谐波影响及抑制措施进行了探究，以期助推新能源行业良性发展。

关键词：新能源;接入电网;谐波影响

随着经济的飞速发展，化石能源消耗越来越大，随之而来的是由于化石能源燃烧排放带来的环境污染问题，进行能源结构调整已势在必行。我国近年来通过政策和资金等多方面手段大力支持新能源的发展，各类新能源发电技术得以迅速发展和应用。目前应用最广、装机容量最大的新能源主要有风电和光伏发电。风电和光伏发电均属于清洁能源，但它们在发电过程中存在诸多问题，如能量不连续、电压闪变、頻率波动以及谐波污染等。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新能源发展现状和趋势

1.1风电的发展现状和趋势

在我国，新疆戈壁、河西走廊、内蒙古草原、河北北部、吉林、黑龙江、山东半岛苏湖沿海、浙江、张北、浙江、福建、广东，这12个地区的风力资源丰富，可以利用的风能资源大概有3亿千瓦，近岸的海域可利用的大概有7亿千瓦左右。风机控制和驱动技术不断的得到升级，其中包括了定桨距失速调节、变速变桨距调节，调节形式包括：双馈式、直驱式、混合式驱动。

1.2光伏发电发展现状和趋势

我国的光能比较强烈的地区在国家的西北和西部、西南部地区，这些地方的日照都很强烈，可以很好的利用光能进行发电，可以大规模的开发太阳能。并且，在东部沿海地区，经济比较发达，高楼大厦也比较多的地区，开展了和建筑物一体化的楼顶太阳能利用，并且建设成功了光伏发电的设施。

2谐波及其危害

2.1谐波的定义

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。

∞

fሺtሻൌa0൫ancosnωtbnsinnωt൯

nൌ1

∞

fሺtሻൌA0An൫sinnωtφ൯

nൌ1

式中，常数项A0称为f（t）的直流分量;A1sin（ωt+φ2）称为基波;而A2sin（2ωt+φ2）、A3sin（3ωt+φ2）等依次称为二次谐波、三次谐波等等。

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。

2.2谐波危害

谐波具体危害可从以下几个方面进行分析：①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;②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;③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;④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。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。

2.3风光发电产生谐波的原因

2.3.1风机发电产生谐波的原因

目前常见的风力发电机主要有两种，一种是双馈风力发电机，另一种是变速风力发电机驱动交流（同步）发电机。双馈风力发电机与变速风力发电机驱动交流（同步）发电机相比，所需的变频器容量不高，控制也较简单，能自适应风速变化，运行方式可分为恒压或恒功率运行。双馈绕线型异步发电机目前在兆瓦级以上大型并网风力发电机中得到广泛运用。由于需要电力电子元件参与控制和运行，多数风机并网都会引起电流和电压的畸变，即产生谐波。

2.3.2光伏发电产生谐波的原因

光伏发电系统一般由太阳电池板、逆变器、控制器、升压变压器四部分组成。在太阳能光伏发电系统中，产生谐波的主要设备是逆变器和升压变压器等。逆变器产生谐波的原理上一小节已做分析，下面对升压变压器产生谐波的原理进行分析。变压器也是一类谐波源，变压器的电流波形畸变主要与变压器的电磁变换原理有关，主要来自电力变压器的激磁电流。假设变压器的铁芯不存在磁滞，根据磁通和激磁电流之间的磁化曲线，随着激磁电流的增大或较小，磁通变化幅度越来越小，激磁电流和其产生的磁通之间不是线性关系，因此原边电流并不是完整的正弦波，而是周期性的、但含有各类谐波的电流。激磁电流的畸变主要是由高次谐波引起的，特别是三次谐波。

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可知，无论是风力发电还是光伏发电，产生谐波的主要原因在于各自系统中的电力电子设备，具体而言最主要的就是逆变器。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。

3.2应用辅助过滤装置

就是采用辅助滤波设备，即滤波器，主要分为无源滤波和有源滤波。无源滤波包括并联滤波器和串联滤波器。最常用的是串联滤波器，串联滤波器是由电容和电感串联构成的LC滤波电路。串联滤波器利用的是串联谐振的原理，对于谐振频率的电流表现出很低的阻抗，而对于偏离谐振频率的电流则阻抗迅速增加，且频率偏离幅度越大，阻抗也越大。因此，将谐振频率设计成工频，在三相电路中均接入串联滤波器，由于串联带通滤波器对基波电流的阻抗很小，而对其他次数的谐波电流阻抗很大，于是只用一组滤波器就可以滤除大部分频率的谐波。有源电力滤波器即一种自带电源的滤波器，是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对不断变化的谐波以及无功进行及时补偿。有源滤波器能检测补偿对象的谐波电流，并有相应补偿装置产生一个与该谐波大小相等但相位相差180°的补偿电流，从而实现谐波消除。

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，为此技术人员需根據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结语

综上所述，我国电网运行系统更为稳定需关注谐波问题，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，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：

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