简析光伏发电系统中的谐波问题.doc

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1、课程论文/研究报告课程名称：新能源技术任课教师：论文/研究报告题目：简析光伏发电系统中的谐波问题完成日期：2013年10月22日学科：水利工程学号：姓名：简析光伏发电系统中的谐波问题摘要：太阳能光伏发电技术是通过光伏组件将太阳能转化为直流电，再通过并网型逆变器将直流电转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流并进入电网。逆变过程中会产生大量谐波，造成谐波污染。本文简述了太阳能光伏发电系统中谐波产生的原因，分析了谐波对供配电系及其设备和系统运行造成的危害，以及谐波治理的相关方法，最后对电力系统中谐波分析的手段

2、进行了总结。关键词：光伏发电，谐波抑制，滤波器，谐波检测引言：随着全球经济的迅速发展，传统的化石能源随之越用越少，随着而来的是温室效应，酸雨等环境污染问题，所以有必要进行能源结构的调整，为人类的可持续发展寻找出路。当下主流的新能源有风能，太阳能，地热能，生物质等，这些新能源虽然含量巨大，但是能流密度太小，开发起来很不经济，特别是在当前技术条件不成熟的环境下。太阳能光伏发电技术作为一种清洁的能源开发模式，受到了人类的青睐，太阳能光伏发电存在诸多问题，如能量不连续，储能问题，并网问题，谐波污染问题等。本文针

3、对太阳能光伏发电系统中的谐波问题，简述了太阳能光伏发电系统中谐波产生的原因，分析了谐波对供配电系及其设备和系统运行造成的危害，以及谐波治理的相关方法，最后对电力系统中谐波分析的手段进行了总结。1谐波产生的原因1.1什么是谐波谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅立叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。根据傅立叶级数的原理，周期函数都可以展开为常数与一组具有共同周期的正弦函数和余弦函数之和。其中，常数项成为的直流分量；称为一次谐波（又叫做基波）；而，，…

4、等依次称为二次谐波，三次谐波，等等。1.2谐波的产生在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(如：电阻)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。谐波源是产生谐波的根本原因。常见的谐波源有：传统的非线性设备（变压器、旋转电机、电弧炉等）、现代电力电子非线性设备（荧光灯、电子控制装置和开关（电源）、晶闸管控制设备（整流器、逆变器

5、、变频器、静止无功补偿装置、高压直流输电设备等））。随着电力电子设备在电力系统中的广泛应用，电力电子非线性设备在谐波源种类中所占的比例越来越大。在太阳能光伏发电系统中（如图1.1），产生谐波的主要设备是逆变器和升压变压器等。图1.1光伏发电原理图1.2.1逆变器的谐波发生图1.2单相逆变桥工作原理图1.3三相逆变器工作原理图1.4用PWM替代三相正弦波根据采样控制理论，采用PWM(脉冲宽度调制)技术控制三相逆变桥路的导通与关断，即可实现逆变工作，将直流电电压（电流）转变为正弦电压（电流），实际上逆变器输

6、出的是含有谐波成分的交流电流，其中的谐波含量可以通过提高逆变桥开关的切换速度来减少。同时为了表征实际输出波形与基波分量的差异程度，引入了总谐波系数（THD）的概念。实际电流总谐波系数当输出为理想波形时，THD=0.1.2.2变压器的谐波产生图1.5变压器的磁化曲线（无磁滞）变压器作为一种谐波源，其波形畸变主要与变压器的设计及运行有关，也来自电力变压器的激磁电流。如图2.5所示，当不考虑变压器的铁心磁滞时，由于磁通和激磁电流的非线性关系，所以原边电流并不是纯正弦波，而是非正弦周期电流，其傅立叶级数形式为：

7、式中表示基波电流的有效值；表示三次谐波电流的有效值。图2.5中，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。可见，变压器的非线性激磁特性是电力系统中的一种谐波源。2谐波的危害（1）对线路的影响对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外，在电力系统中，由于中性线电流都很小，所以其线径一般都很细，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路，甚至引起火灾。而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同

8、时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿，造成恶性事故。（2）对电力变压器的影响谐波电流的存在增加了电力变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损，对带有不对称负荷的变压器来说，会大大增加励磁电流的谐波分量。（3）对电力电容器的影响由于电容器对谐波的阻抗很小，谐波电流叠加到基波电流上，会使电力电容器中流过的电流有很大的增加，使电力电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。同时，谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振，