• 原理：多電平拓?fù)渫ㄟ^(guò)增加直流側(cè)分壓電容和開關(guān)器件，使輸出電壓波形更接近正弦波，低次諧波（3、5、7 次）含量可降低 50% 以上（如三電平逆變器 3 次諧波含量從 3% 降至 1.2%）；
• 應(yīng)用場(chǎng)景：光伏集中式逆變器（≥100kW）、風(fēng)電全功率變流器、儲(chǔ)能 PCS，目前主流廠商（如華為、陽(yáng)光電源）已大規(guī)模采用三電平拓?fù)洹?/li>

升級(jí)控制算法，抑制諧波成分優(yōu)化逆變器的電流跟蹤控制策略，增強(qiáng)對(duì)諧波的抑制能力：

• 比例諧振（PR）控制：針對(duì)特定次諧波（如 3、5、7 次）設(shè)計(jì)諧振控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流的精準(zhǔn)抵消，使總諧波畸變率 THDi 從 5% 降至 2% 以下；
• 重復(fù)控制：通過(guò) “記憶 - 補(bǔ)償” 機(jī)制，消除周期性諧波（如逆變器開關(guān)頻率相關(guān)的高次諧波），尤其適合光伏 / 儲(chǔ)能設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；
• 模型預(yù)測(cè)控制（MPC）：實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)電流波形，動(dòng)態(tài)調(diào)整開關(guān)狀態(tài)，兼顧諧波抑制與開關(guān)損耗，適用于風(fēng)電變流器的快速響應(yīng)場(chǎng)景。

2. 優(yōu)化風(fēng)機(jī) / 光伏組件的匹配與布局

風(fēng)機(jī)變流器的諧波抑制設(shè)計(jì)針對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的諧波問(wèn)題，加裝轉(zhuǎn)子側(cè)諧波濾波器（如 LC 無(wú)源濾波），或優(yōu)化 Crowbar 保護(hù)電路的觸發(fā)邏輯，避免故障時(shí)注入大量諧波電流；全功率風(fēng)機(jī)采用 “背靠背變流器 + 正弦波濾波器” 組合，將網(wǎng)側(cè)電流 THDi 控制在 1.5% 以內(nèi)。

光伏組串的一致性管控光伏組件的參數(shù)不一致（如效率、衰減程度）會(huì)加劇組串電流失衡，間接增加逆變器諧波。通過(guò)以下措施優(yōu)化：

• 同一組串選用同批次、同型號(hào)組件，避免新舊組件混合使用；
• 安裝 “組串級(jí) optimizer（優(yōu)化器）”，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各串輸出電流，減少組串失配導(dǎo)致的諧波；
• 定期清洗組件，避免局部遮擋引發(fā)的 “熱斑效應(yīng)”（減少 3 次諧波累積）。

二、主動(dòng)治理：配置諧波補(bǔ)償裝置，實(shí)時(shí)抵消諧波

針對(duì)已產(chǎn)生的諧波，通過(guò)主動(dòng)補(bǔ)償裝置實(shí)時(shí)吸收或抵消諧波電流 / 電壓，是新能源場(chǎng)站最常用的措施。

1. 有源濾波器（APF）：精準(zhǔn)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)諧波

• 工作原理：APF 通過(guò)電流互感器（CT）實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)中的諧波電流，由內(nèi)部 IGBT 變流器生成與諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn) “實(shí)時(shí)抵消”，補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間≤200μs，可覆蓋 2~50 次諧波。
• 應(yīng)用場(chǎng)景與配置策略：
  • 光伏 / 風(fēng)電逆變器出口側(cè)：?jiǎn)闻_(tái)逆變器配置 “小容量 APF”（如 50kVar），針對(duì)性補(bǔ)償逆變器自身產(chǎn)生的諧波；
  • 場(chǎng)站并網(wǎng)點(diǎn)：配置 “大容量 APF”（如 500kVar~2MVar），補(bǔ)償全站總諧波（含逆變器、變壓器及電網(wǎng)背景諧波）；
  • 典型案例：某 100MW 光伏電站在并網(wǎng)點(diǎn)配置 1 臺(tái) 1.2MVar APF 后，并網(wǎng)點(diǎn) THDv 從 3.5% 降至 1.8%，符合國(guó)標(biāo)要求。

2. 靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）：兼顧無(wú)功與諧波治理

• 工作原理：SVG 不僅能動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率（維持電壓穩(wěn)定），還可通過(guò)擴(kuò)展控制算法實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償功能（如 2~19 次諧波），尤其適合新能源場(chǎng)站 “無(wú)功不足 + 諧波超標(biāo)” 的復(fù)合場(chǎng)景。
• 優(yōu)勢(shì)與配置：
  • 相比 APF，SVG 的無(wú)功補(bǔ)償能力更強(qiáng)（可提供 ±100% 額定容量的無(wú)功），且能抑制電壓波動(dòng)與閃變；
  • 風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站通常在并網(wǎng)點(diǎn)將 SVG 與 APF 組合配置（如 “SVG+APF 混合裝置”），實(shí)現(xiàn) “無(wú)功調(diào)節(jié) + 諧波補(bǔ)償” 一體化治理，降低設(shè)備投資成本 30% 以上。

3. 儲(chǔ)能系統(tǒng)：平抑波動(dòng)與輔助諧波治理

• 工作原理：儲(chǔ)能 PCS（變流器）通過(guò)優(yōu)化控制策略，可在充放電過(guò)程中輔助吸收部分諧波電流（如 3、5 次），同時(shí)平抑新能源出力波動(dòng)（減少因波動(dòng)引發(fā)的諧波疊加）。
• 應(yīng)用方式：
  • 新能源場(chǎng)站配置 “儲(chǔ)能 + APF” 協(xié)同控制：儲(chǔ)能優(yōu)先平抑出力波動(dòng)（減少波動(dòng)導(dǎo)致的諧波），APF 精準(zhǔn)補(bǔ)償剩余諧波；
  • 某 200MW 風(fēng)電場(chǎng)配置 50MW/100MWh 儲(chǔ)能后，出力波動(dòng)幅度從 ±20% 降至 ±5%，諧波疊加現(xiàn)象減少，場(chǎng)站 THDv 降低 0.8%。

三、被動(dòng)防護(hù)：加裝濾波與隔離設(shè)備，阻斷諧波傳播

通過(guò)被動(dòng)元件（如濾波器、變壓器、電抗器）抑制諧波傳播，減少諧波對(duì)新能源設(shè)備的直接作用，是低成本的輔助防護(hù)措施。

1. 無(wú)源濾波器（LC 濾波）：抑制固定頻率諧波

• 工作原理：LC 無(wú)源濾波器由電容、電感串聯(lián)或并聯(lián)組成，針對(duì)特定次諧波（如 3、5、7 次）設(shè)計(jì)諧振頻率，使諧波電流在濾波器中形成低阻抗回路，從而被吸收。
• 應(yīng)用場(chǎng)景：
  • 逆變器 / 變流器輸出側(cè)：加裝 “單調(diào)諧濾波器”（針對(duì) 3 次或 5 次諧波），成本僅為 APF 的 1/5，適合固定頻率諧波（如光伏逆變器的 3 次諧波）；
  • 注意事項(xiàng)：需避免濾波器與電網(wǎng)發(fā)生諧振（需計(jì)算電網(wǎng)阻抗與濾波器參數(shù)匹配），否則會(huì)放大諧波（如某電站因 LC 濾波器參數(shù)不匹配，導(dǎo)致 7 次諧波放大至 5%）。

2. 隔離變壓器與電抗器：阻斷諧波傳播

隔離變壓器：

• 采用 “Δ/Y” 或 “Y/Δ” 接線的隔離變壓器，可抑制 3 次及 3 的倍數(shù)次諧波（這類諧波為零序諧波，無(wú)法通過(guò)變壓器傳遞），適合光伏組串與逆變器之間、儲(chǔ)能電池與 PCS 之間的隔離；
• 某儲(chǔ)能電站在電池簇與 PCS 之間配置隔離變壓器后，3 次諧波含量從 2.5% 降至 0.8%，電池充電均衡性顯著提升。

串聯(lián)電抗器：

• 在逆變器 / PCS 交流側(cè)串聯(lián) “低損耗電抗器”（電抗率 4%~6%），可抑制合閘涌流和諧波電流（如 5 次及以上高次諧波），同時(shí)降低電網(wǎng)背景諧波對(duì)設(shè)備的影響；
• 風(fēng)電變流器通常在網(wǎng)側(cè)串聯(lián) 6% 電抗率的電抗器，可將高次諧波（11、13 次）含量降低 40% 以上。

3. 諧波抑制型變壓器：降低變壓器自身諧波放大

• 特性與應(yīng)用：采用 “非晶合金鐵芯” 或 “低損耗繞組” 的諧波抑制型變壓器，其附加鐵損（諧波導(dǎo)致的鐵損）比普通變壓器低 30%~50%，且能減少諧波在變壓器中的放大；
• 某風(fēng)電場(chǎng)將普通 110kV 變壓器更換為諧波抑制型變壓器后，變壓器總損耗降低 25%，且不會(huì)因諧波導(dǎo)致溫升超標(biāo)（原普通變壓器溫升超額定 10K，更換后降至 5K 以內(nèi)）。

四、電網(wǎng)協(xié)同：優(yōu)化并網(wǎng)條件，減少諧波放大

新能源場(chǎng)站的諧波問(wèn)題與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，需通過(guò)電網(wǎng)側(cè)措施增強(qiáng)抗諧波能力，避免諧波在弱電網(wǎng)中放大。

1. 增強(qiáng)電網(wǎng)強(qiáng)度，降低諧波放大效應(yīng)

• 措施：通過(guò) “升級(jí)并網(wǎng)線路”（增大導(dǎo)線截面、縮短距離）或 “接入更高電壓等級(jí)電網(wǎng)”（如從 10kV 升至 35kV），提高電網(wǎng)短路比（SCR≥3），增強(qiáng)電網(wǎng)抗干擾能力；
• 原理：強(qiáng)電網(wǎng)（SCR≥3）的阻抗小，新能源出力波動(dòng)與諧波注入對(duì)電網(wǎng)電壓的影響更?。ㄈ?10MW 光伏接入 SCR=5 的強(qiáng)電網(wǎng)，諧波導(dǎo)致的電壓畸變率僅為接入 SCR=2 弱電網(wǎng)的 1/3）。

2. 合理規(guī)劃并網(wǎng)容量與布局

• 控制新能源占比：避免單一區(qū)域新能源并網(wǎng)容量占比過(guò)高（如≤50%），減少因 “慣量不足” 導(dǎo)致的諧波疊加（新能源占比過(guò)高時(shí)，電網(wǎng)對(duì)諧波的阻尼能力下降）；
• 分散并網(wǎng)：將大型新能源場(chǎng)站拆分為多個(gè)小型場(chǎng)站（如 100MW 拆分為 2 個(gè) 50MW），分散接入不同電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，避免諧波在單一節(jié)點(diǎn)集中放大。

3. 電網(wǎng)背景諧波治理

• 要求：電網(wǎng)公司需治理配網(wǎng)側(cè)的背景諧波（如工業(yè)負(fù)荷、充電樁產(chǎn)生的諧波），避免將背景諧波傳遞至新能源場(chǎng)站；
• 協(xié)同機(jī)制：新能源場(chǎng)站與電網(wǎng)公司建立 “諧波數(shù)據(jù)共享機(jī)制”，通過(guò)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置追溯諧波來(lái)源（區(qū)分場(chǎng)站內(nèi)部與電網(wǎng)背景諧波），針對(duì)性治理（如電網(wǎng)側(cè)加裝 APF，場(chǎng)站側(cè)優(yōu)化設(shè)備）。

五、運(yùn)維保障：建立全周期管理體系，持續(xù)監(jiān)控諧波

通過(guò)運(yùn)維手段確保治理措施有效運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理諧波問(wèn)題，避免長(zhǎng)期積累導(dǎo)致設(shè)備損壞。

1. 安裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置

• 配置要求：新能源場(chǎng)站需按 GB/T 19862-2016 要求，在逆變器出口、并網(wǎng)點(diǎn)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝A 級(jí)精度監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) THDv、THDi、各次諧波含量（2~50 次）、電壓偏差等參數(shù)；
• 數(shù)據(jù)應(yīng)用：通過(guò)監(jiān)測(cè)平臺(tái)（如 SCADA 系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn) “諧波超標(biāo)預(yù)警”（如 THDv＞2% 時(shí)觸發(fā)告警）、歷史數(shù)據(jù)追溯（存儲(chǔ)≥1 年），為諧波治理提供數(shù)據(jù)支撐（如定位某臺(tái)逆變器諧波超標(biāo)）。

2. 定期維護(hù)與校準(zhǔn)治理設(shè)備

• 維護(hù)內(nèi)容：
  • APF/SVG：每季度檢查 IGBT 模塊溫度、電容容量、冷卻系統(tǒng)，每年進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)（確保補(bǔ)償精度）；
  • 無(wú)源濾波器：每半年檢測(cè)電感、電容的參數(shù)變化（避免諧振頻率偏移），更換老化元件；
  • 變壓器 / 電抗器：每年檢測(cè)繞組直流電阻、絕緣油介損，避免諧波導(dǎo)致的絕緣老化。

3. 人員培訓(xùn)與諧波管理規(guī)范

• 培訓(xùn)：對(duì)運(yùn)維人員開展 “諧波識(shí)別與治理” 培訓(xùn)，掌握監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)解讀（如區(qū)分偶次 / 奇次諧波）、設(shè)備操作（如 APF 手動(dòng)補(bǔ)償模式切換）；
• 規(guī)范：制定《新能源場(chǎng)站諧波管理規(guī)程》，明確諧波超標(biāo)處理流程（如 THDv＞2.5% 時(shí)啟動(dòng) APF 增強(qiáng)補(bǔ)償模式）、定期檢測(cè)周期（如每月一次諧波專項(xiàng)檢測(cè)）。

總結(jié)：全鏈條治理的組合策略

減少諧波對(duì)新能源設(shè)備的影響，需避免 “單一措施依賴”，推薦采用 “源頭優(yōu)化 + 主動(dòng)治理 + 被動(dòng)防護(hù) + 運(yùn)維監(jiān)控” 的組合方案：

1. 小型場(chǎng)站（≤50MW）：逆變器采用三電平拓?fù)?+ 出口 LC 濾波 + 并網(wǎng)點(diǎn) APF（小容量），滿足基礎(chǔ)治理需求；
2. 大型場(chǎng)站（≥100MW）：多電平逆變器 + SVG+APF 混合裝置 + 儲(chǔ)能協(xié)同控制 + 諧波抑制型變壓器，實(shí)現(xiàn)深度治理；
3. 弱電網(wǎng)接入場(chǎng)景：增強(qiáng)電網(wǎng)強(qiáng)度（升級(jí)線路）+ 分散并網(wǎng) + 高精度監(jiān)測(cè)，避免諧波放大。

通過(guò)該方案，可將新能源場(chǎng)站的諧波含量控制在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)，減少諧波導(dǎo)致的設(shè)備損耗（如 IGBT 損耗降低 20%、變壓器損耗降低 15%），保障設(shè)備高效、安全運(yùn)行。

審核編輯 黃宇