北极星智能电网在线讯:大规模分布式新能源经变流器接入电网，对电力系统谐波问题的分析研究带来了新的挑战。本文针对分布式电源并网产生的谐波问题，本文研究了其产生原因及抑制方法。首先介绍谐波的含义及其危害，然后分析了分布式电源并网产生谐波的原因，以及分布式电源并网产生的谐波与传统电网谐波的不同之处，最后重点分析谐波的抑制措施，阐述了各种措施的原理、具体实施方法及优缺点。
引言
为了实现能源的就地开发与利用，减少远距离输电损耗，一种高效、环保、灵活的新型发电技术——分布式发电（DG），成为智能电网中一项重要的组成部分。分布式发电属于接入配电网的小规模发电系统，并网后会对电网的电能质量产生潜在影响，目前对分布式电源接入产生的各种电能质量问题的总体论述较多，而对谐波问题的专题讨论不多，本文将对分布式电源接入的谐波问题进行研究，首先介绍谐波的含义及其危害、分布式电源并网产生的谐波，之后重点分析谐波的抑制措施。
1谐波的含义及危害
任何周期性的畸变波形都可用正弦波形的和表示，如图1所示。也就是说，当畸变波形的每个周期都相同时，则该波形可用一系列频率为基波频率整数倍的理想正弦波形的和来表示。其中，频率为基波频率整数倍的分量称为谐波，而一系列正弦波形的和称为傅里叶级数。
图1畸变波形的Fourier级数表示
在频域分析中，将畸变的周期性电压和电流分解成傅里叶级数
式中
-ω1工频（即基波）的角频率，rad/s；
-h谐波次数；
-Uh、Ih分别为第次谐波电压和电流的均方根值，V，A；
-αh、βh分别为第次谐波电压和电流的初相角，rad；
谐波的危害主要表现在对电力的影响和对信号的干扰。其中几个比较主要的方面包括：
（1）对变压器的影响
变压器在基波频率时的损耗最小，负荷电流含有谐波时，将在三个方面引起变压器发热的增加：
a.均方根值电流
如果变压器容量正好与负荷容量相同，那么谐波电流将使得均方根值电流大于额定值。总均方根值电流的增加会引起导体损耗增加。
b.涡流损耗
涡流是由磁链引起的变压器的感应电流。感应电流流经绕组、铁芯以及变压器磁场环绕的其它导体时，会产生附加发热。这部分损耗以引起涡流的谐波电流的频率的平方增加。因此，该损耗是变压器谐波发热损耗的重要组成部分。
c.铁芯损耗
考虑谐波时，铁损的增加取决于谐波对外加电压的影响以及变压器铁芯的设计。电压畸变的增加将使得铁芯叠片中涡流电流增加，总的影响取决于铁芯叠片的厚度以及钢芯的质量。由谐波引起的这部分损耗的增加，与前两种情况下相比通常较小。
（2）对电机的影响
在电机末端的谐波电压畸变，在电机里表现为谐波磁链。谐波磁链对电机转矩没有太大影响，但是它以与转子同步频率不同的频率旋转，在转子中感应出高频电流，其影响类似于基波负序电流的影响。谐波电压畸变将引起电机的效率下降、发热、振动和高频噪声。
（3）谐波对电能计量的影响
谐波的影响使少计的电量远大于多计的电量，两者的差额主要表现为供电线损率有所增大。
（4）谐波对电容器的影响
在具有并联电容器补偿的系统中，系统阻抗在某一频率下可能与并补电容器发生谐振，从而引起谐波源注入系统和电容器组谐波电流的放大，对系统和电容器组产生严重影响。
（5）谐波对通讯的干扰
除了对通讯系统产生电磁干扰，使电信质量下降，还可能使某些重要的和敏感的自动控制、保护装置不正确动作，或者危害到功率处理器自身的正常运行。
畸变周期性电压和电流可以用总均方根值、含有率、总谐波畸变率来描述。我国通过国家标准GB/T14595－93《电能质量－公用电网谐波》对电力系统各项指标进行了限定，例如，低压电网电压总谐波畸变率低于5％。
2分布式电源并网产生的谐波
分布式电源并网产生的谐波对电网谐波研究带来了更多的挑战，下面将阐述分布式电源产生谐波的机理以及其较传统电网谐波的不同及危害。
2.1正常运行时并网逆变器输出的谐波
分布式电源并网导致大量的电力电子转换器应用到系统中，例如太阳能光伏电池、燃料电池等并网时，需通过逆变器接入交流电网；微型燃气轮机的输出是高频电压，风电机组的输出电压频率与风力机的转速有关，这些分布式电源并网往往都要经过变流器。
上述变流器是通过电力电子器件的频繁开通和关断来实现电力变换功能的，其输入输出关系具有明显的非线性特征。开关器件频繁的开通和关断容易产生一系列的谐波分量，对电网造成谐波污染。其中开关频率附近的谐波分量幅度较大，是优先需要重视的谐波分量。
2.2特殊运行情况造成的谐波
除了分布式电源正常运行时逆变器必然输出的谐波以外，三相不平衡、直流偏磁等非理想情况也会造成谐波增加。
（1）三相不平衡造成的换流器非特征谐波
三相电压不平衡使换流器的触发角不对称，换流器将产生较大的非特征谐波。以单桥换流器为例，当三相电压不平衡时，换流器除向系统产生6k±1=5，7，11，13，17，19…次特征谐波电流以外，还会产生6k±3=3，9，15，21，27，33…次非特征谐波电流。三相电压不平衡度与3、9、15次非特征谐波电流的关系如图2所示。由图可见，随着三相电压不平衡度的增加，非特征谐波电流也加大。常规换流器是以抑制特征谐波进行设计制造的。非特征谐波电流的出现对换流器的谐波治理提出了更高的要求，直接导致换流器总投资的加大。
（2）直流偏磁造成的波形畸变
各种具有铁芯的电气设备（例如变压器、电抗器等），铁心的铁磁饱和特性使其阻抗在饱和区呈现非线性。当分布式电源并网换流器输出的电流中含有直流分量时，会在变压器等包含铁心的设备中造成直流偏磁现象。发生直流偏磁时，变压器绕组电流的畸变会相当严重，会产生大量的谐波。
