浅谈“非主流”光伏技术：并网为何难？

电力系统的谐波源，按其非线性特性分类主要有三大类：

(1)铁磁饱和型：各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现非线性。

(2)电子开关型：主要为各种交直流换流装置、双向晶闸管可控开关设备以及PWM变频器等电力电子设备。

(3)电弧型：交流电弧炉和交流电焊机等。

图1-5显示的就是铁磁饱和型谐波源。

光伏发电中的并网逆变器和风力发电中的风电变流器属于电力电子设备，是会向电网中输入谐波。图1-8中分别显示了50Hz下电压和电流的标准波形(平滑)，用MATLAB仿真结果。

图1-6

图1-7

图1-7中的波形为逆变器实际输出的电压、电流(锯齿形)波形，实际上并网逆变器输入电网的电能中是含有大量的直流分量的，这一点不可以否认。电力电子设备的谐波含量在IEC是有标准的并网逆变器应该小于3%。

谐波的危害很大，对电力系统和家用电器都有很大的危害。

2.1 对电力系统变压器接点的影响

变压器在基波频率时的损耗最小，但其附加发热受电压畸变影响较大，尤其还受电流畸变的较大影响。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：

2.1.1 有效值电流

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有效值电流大于额定值。总有效值电流的增加会引起导体损耗增加。

2.1.2 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。

2.1.3 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。

2.2 谐波对通讯的干扰

配电系统或终端用户设备中的谐波电流，将对同一路径中的通迅线路产生干扰。谐波电流在相应并联导线中感应的电压频率通常在音频范围内。一般情况下，540Hz(9次，基波为频率60Hz)至1200Hz范围内的谐波产生的干扰危害性较大。在三相四线系统中三倍频谐波(3次、9次、15次)最容易引起问题。因为这些谐波在三相中相位相同，它们在中线直接相加，从而对通讯线路产生很大的干扰。

2.3 谐波对家用电气的干扰

2.3.1 谐波对计算机的影响

计算机厂家一般规定计算机和数据处理系统允许接受馈电电压的THDu为3%或5%。恶劣的电能质量的具体影响包括：使计算机数据混乱、指令地址出错、丢失记忆、程序破坏，还能使计算机使用的UPS工作失常。

2.3.2 对电脑自动控制的家用电器的影响

恶劣的电能质量也能破坏微电脑型家用电器的正常工作，甚至损坏电脑。例如，某家属楼低压电源在假日低谷负荷时的基波和谐波综合电压达到1.2倍额定电压，一台全自动洗衣机通电后，很快损坏两块电脑插件。

2.3.3 对电视机的影响

当谐波电压影响电源峰值电压时，能使电视机图像大小和亮度发生变化。0.5%的间谐波电压能引起电视图像翻滚。某些电视卫星发送站的电源电压中的5~13次谐波电压较大时，能影响信号传输，使电视屏幕上出现异常色带。

2.3.4 对家用电器的电容器的影响

洗衣机、某些日光灯和气体放电灯装有改善功率因数的并联电容器，在电源电压的谐波含有率较高时，会受到较大谐波电流，引起发热并减少寿命。

2.3.5 对白炽灯的影响

谐波电流和基波电流一样使白炽灯发热和发光，白炽灯对谐波影响并不敏感。但白炽灯的寿命是和电压的高次方成反比的，电压有效值升到比额定电压高1%(例如由THDu=14%而引起的)，白炽灯寿命缩短12%以上。因此，谐波电压也会使白炽灯损失寿命。

目前对谐波的治理已经有非常成熟的技术，相关谐波抑制技术内容，将会在以后的文章中介绍。