光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波抑制方法探討范文

本站小編為你精心準備了光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波抑制方法探討參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源危機和環(huán)境污染問題越來越嚴重，尋找可替代能源迫在眉睫。此時，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)應運而生，光伏發(fā)電在其中占有非常重要的位置。然而，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的諧波污染非常嚴重，諧波治理刻不容緩。簡要分析了諧波產(chǎn)生的原因及其危害，概述了3種治理諧波的主要措施，具體闡述了在并網(wǎng)前安裝無源電力濾波器和有源電力濾波器的方法，分析了各自的優(yōu)缺點，提出了統(tǒng)一控制光伏并網(wǎng)和有源濾波的策略，并對未來太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的濾波方式進行了展望。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；諧波抑制；無源濾波器；有源濾波器

進入新世紀以來，傳統(tǒng)能源消耗日益增長，化石能源面臨枯竭的危險，當前最主要的任務就是尋找新能源來替代污染嚴重的化石能源。新能源主要來源于太陽，因為太陽能取之不盡、用之不竭，所以，它受到了人們的高度關(guān)注。當今社會科技發(fā)展迅猛，一些新技術(shù)、新理念也應用到了太陽能行業(yè)，再加上世界各國的大力扶植，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)借此機遇也得到了快速發(fā)展[1]。光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能大規(guī)模開發(fā)利用的必然趨勢，具有高環(huán)保、低噪聲、適用范圍廣等優(yōu)點，備受社會的青睞。但是，光伏并網(wǎng)帶來的諧波污染問題越來越嚴重，不僅導致電能質(zhì)量不斷下降，還引起了不必要的能量損耗。如今，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，消除諧波和提高電流波形質(zhì)量成為了重點研究內(nèi)容。

1諧波的產(chǎn)生與危害

隨著人們生活水平的不斷提高，大量的非線性負載逐漸出現(xiàn)在電力系統(tǒng)中，許多電能質(zhì)量問題也隨之產(chǎn)生，比如諧波問題。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電力電子設(shè)備的應用越來越廣泛，而且在產(chǎn)生諧波的諧波源種類中，這些非線性設(shè)備所占的比例越來越大。所以在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由大量電力電子設(shè)備組成的逆變器是產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備[2]。波形是衡量電能質(zhì)量的一個主要指標。諧波成分的出現(xiàn)不僅會影響設(shè)備的安全運行，還會對通信線路造成干擾以及其他不良影響。

2諧波治理措施

目前，主要有3種治理諧波的措施：①主動治理，采取一些措施讓系統(tǒng)源頭不產(chǎn)生諧波；②受端治理，主要是提高受諧波影響設(shè)備的抗干擾能力；③被動治理，在并網(wǎng)前安裝濾波裝置，阻止諧波注入電網(wǎng)。目前，在選擇治理諧波方法時，主要采用被動治理的方法。下面簡單介紹幾種濾波方法。

2.1無源濾波器

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，一般在逆變器與并網(wǎng)側(cè)之間安裝無源濾波器，由電阻R、電感L和電容C構(gòu)成回路。為了阻止高次諧波流入電網(wǎng)，可以通過計算來選擇電感L、電容C的參數(shù)，當回路中諧波頻率與高次諧波頻率相同時，即達到消除諧波的目的。無源濾波器就相當于一種波形發(fā)生器，先采集諧波信息，然后再輸出一種幅值相等方向相反的諧波，從而抵消諧波源產(chǎn)生的諧波。傳統(tǒng)的無源濾波器有L型濾波器、LC型濾波器、LCL濾波器[3]。目前，一些新型無源濾波器也相繼出現(xiàn)，但大都是在傳統(tǒng)濾波器的基礎(chǔ)上改進而來的。無源濾波器結(jié)構(gòu)簡單，容易控制，穩(wěn)定性好，便于維護。但是，無源濾波器只能消除某一固定級的諧波，如果線路中含有很多級次諧波，需要針對每次諧波設(shè)計一種濾波器，這樣會導致有效材料的過多消耗，不符合經(jīng)濟性原則。

2.2有源濾波器

有源濾波器主要分為2部分，即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。補償電流發(fā)生電路由主電路、驅(qū)動電路、電流跟蹤控制電路3部分組成，各部分缺一不可，協(xié)同工作。濾波器的工作流程是，先檢測電路中的諧波和無功，然后經(jīng)過一系列運算產(chǎn)生足以抵消電路諧波和無功的諧波和無功。如圖1所示，有源電力濾波器檢測出諧波源負載電流iL的諧波分量iLh，通過運算輸出指令信號i*C，而由補償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補償電流iC與負載電流中的諧波分量iLh模值相等、方向相反，iLh＝－iC，這樣兩者就可以互相抵消，負載側(cè)電流中只有基波，不再含有諧波。有源濾波器可以實時進行諧波補償，不僅能夠達到消除諧波的目的，還能夠進行無功補償。由于基波是由交流電源直接加到變流器上的，而變流器也提供大部分的補償電流，這樣就要求變流器擁有足夠大的容量，這也是很多有源電力濾波器單獨使用時的主要缺點。

2.3統(tǒng)一控制光伏并網(wǎng)發(fā)電和有源濾波

目前的光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置和有源電力濾波器各有各的優(yōu)勢，但不足之處也很明顯。由于光照強度是不斷變化的，光伏發(fā)電裝置在晚上并不能工作，處于閑置狀態(tài)，利用率比較低。而有源電力濾波器的造價比較高，如果只是用來抑制諧波和進行無功補償，會造成資源的極大浪費。對比分析光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與有源電力濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法，發(fā)現(xiàn)它們都向電網(wǎng)提供能量，前者提供有功電能，后者提供無功電能和各種諧波，它們只是提供的電能不同而已。鑒于此，可將并網(wǎng)控制與文中提到的并聯(lián)混合型有源濾波器統(tǒng)一控制[4]。圖2為光伏并網(wǎng)和有源濾波統(tǒng)一控制策略圖，在這種控制方式下，最大功率跟蹤主要依賴于光伏陣列輸出電壓Vpv和輸出電流ipv。根據(jù)這2項指標數(shù)據(jù)，經(jīng)過一系列運算生成光伏并網(wǎng)發(fā)電有功指令電流*cqi，同時，為了使每項指標清晰可見，需要將負載電流中的無功電流分量*icp與諧波電流*ich分量分離。此時，無功電流和諧波電流檢測單元就將發(fā)揮其分離2部分分量的作用，根據(jù)2部分分量電流合成指令電流，最終由電流控制器完成光伏并網(wǎng)發(fā)電和無功及諧波電流補償。其中，iL為負載電流，es為電網(wǎng)電流，*ic為補償電流，iC為電網(wǎng)電流。

3結(jié)束語

由于諧波產(chǎn)生的源頭復雜多樣，在選擇諧波治理方法時，需要考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)、效率、精度、成本和穩(wěn)定性等因素。主動治理和受端治理的應用領(lǐng)域比較窄，而被動治理方法應用領(lǐng)域廣泛，是目前治理電力諧波問題時采用的主要方法之一。正如文中所述，為了消除諧波，我們可以在光伏發(fā)電系統(tǒng)中安裝無源電力濾波器和有源電力濾波器。根據(jù)兩者各自的優(yōu)缺點，可將有源濾波器與無源濾波器協(xié)同使用，無源濾波器可以解決一些有源濾波器不能解決的問題。除此之外，光伏并網(wǎng)逆變器和有源濾波器有許多相同點，所以，可以確定一種統(tǒng)一控制光伏逆變與濾波的策略。

參考文獻：

［1］劉文洲，西燈考，蔡長青，等.太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT綜述［J］.長春工程學院學報（自然科學版），2016，17（3）：39-41.

［2］黃欣科，關(guān)雅娟，王還，等.光伏發(fā)電系統(tǒng)低功率運行并網(wǎng)電流諧波抑制研究［J］.太陽能學報，2015，36（2）：414-421.

［3］吳春華.光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變技術(shù)研究［D］.上海：上海大學，2008.

［4］仝其豐，李田澤，史春玉，等.具有諧波補償功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究［J］.國網(wǎng)技術(shù)學院學報，2016，19（4）：16-24.

作者：西燈考 單位：長春工業(yè)大學電氣與電子工程學院