探析風光新能源接入對電網的諧波影響及抑制措施

鄒策策

摘要：在清潔能源穩步發展背景下，風光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，風光新能源應用價值可見一斑。該通過分析風光新能源接入對電網諧波影響及抑制措施，以期助推新能源行業良性發展。

關鍵詞：風光新能源;電網;諧波;影響;抑制措施

引言

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。

1諧波危害

諧波具體危害可從以下幾個方面進行分析：第一，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;第二，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;第三，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;第四，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[1]。

2分析風光新能源接入對電網造成諧波影響內因

在電網中非線性負載是諧波產生根本內因，在電流通過負載過程中，二者形成非線性關系，形成若干非正弦電流即諧波。基于半導體晶閘管及相關構件具有非線性特性，風機發電、光伏發電及相關裝置脫離正弦曲線，客觀上追加諧波源，使電網出現諧波問題，影響電網運行綜合成效。

2.1電網風機發電誘發諧波問題內因

當前常見風機為兩種，即變速風機及雙饋風機，相較于變速風機，雙饋風機對變頻器容量要求不高，操作較為簡便，可以根據風速做出調整，分為恒功率、恒壓運行兩種形態。雙饋風機在兆瓦級別之上電網中應用較為廣泛。基于風光新能源需電力電子元件運行、控制，為此會增加電網中電壓、電流畸變幾率，在此過程中產生諧波影響電網穩定性、安全性。例如，雙饋風機結構見圖2，主要由電壓源型變流器、風輪機等電氣元件構成，該發電機結構中雙向功率轉換裝置與轉子繞組連接在一起，公用電網端連接定子繞組，在其與電網相互連接基礎上產生電功率，另一端轉子繞組需根據發電機實際轉速有所轉變，確保同步運轉，在運轉中變流器AC—DC—AC處于長期工作狀態，為調整電壓可轉變導通角，實現直流、交流電壓相互轉化目標，并在此過程中產生諧波[2]。

2.2 間歇性和波動性發電的影響

在新能源發電并網的過程中，以風力發電作為新能源并網發電的案例進行分析。由于風力本身的不穩定和間歇性特點，發電站產生的電能也隨之出現間歇性和不穩定的特點。對于這類電能，其控制難度比較大，且在控制這些電能的過程中產生的電流沖擊會導致電量的頻率出現偏差或者是電網閃變的現象。為了有效避免在電網中出現瞬間障礙，需要在風力發電廠穿過低壓時就把電廠的電壓控制在較低的范圍。只有不斷提升電網對于電量的接納能力，同時將電網的電量調峰提升到合理的數值范圍，才能保證電網的穩定運行。在新能源發電并網的過程中，動態無功功率和功率調整對于并網的影響都十分重要，無功消耗在并網發電過程中比較常見，所以在新能源并網發電的系統中無功補償功能的應用也比較常見。

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內因可知，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]。

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[4]。

3.2其次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）以上諧波消除方法是通過外部輔助設備進行諧波抑制的。此外，對于風力發電機，還有一種不借助外部設備來消除諧波的技術措施，即僅依靠不同風機種類的合理排列來減少諧波。由于不同型號的風機以及發電機產生的諧波頻率、相位不同，通過計算機建模，計算出對應的諧波電流，通過合理安排不同型號風機之間的接線排列，可以使得風機之間的部分諧波互相抵消，但這種方法無法徹底消除風機產生的諧波。

3.3完善技術標準與規范新

風光新能源具有環保和可再生的優點，近年來得到了廣泛應用。風光新能源發電涉及的技術領域比較多，風光新能源發電并網則更為復雜，所以在實際應用中還存在一些問題。要不斷加強對風光新能源發電并網的研究，不斷完善風光新能源發電并網的技術標準，針對風光新能源并網中存在的問題進行攻關，減少并網對電力系統電能質量帶來的不良影響。同時認真學習研究電力信息通信技術等先進技術，做好電力系統的智能化管理，及時監測并網對電網運行的影響，從而不斷優化風光新能源并網技術，減少諧波、電壓波動等對電力系統的危害，確保風光新能源發電行業可持續發展[5]。

結束語

綜上所述，為使我國電網運行系統更為穩定需關注諧波問題，在接入風光新能源前提下通過調整接線方式，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，控制電網運營成本，在滿足新時代人們日益增長的用電需求基礎上，推動電網系統朝著節能環保、安全穩定、科學高效方向發展。

參考文獻：

[1]張哲聞.新能源并網對電力系統電能質量的影響[J].通信電源技術，2019，36（12）：211-212.

[2]宋平凡，佟勝偉，段森園.新能源發電并網對電網電能質量的影響分析[J].通信電源技術，2019，36（12）：139-140.

[3]張韶珍.探析風光新能源接入對電網的諧波影響及抑制措施[J].科技資訊，2019，17（34）：38-39.

[4]杜梅，葉濤.新能源并網對電力系統電能質量的影響[J].數字通信世界，2019（07）：144+185.

[5]吳彧.風光新能源接入對電網的諧波影響及抑制措施分析[J].機電信息，2017（33）：1-2.