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DQZHAN技術訊：【黑科技】如何讓電流更干凈？

光伏逆變器是光伏系統的核心設備，主要作用是把光伏組件發出來的直流電變成符合電網要求的交流電。但實際上逆變器不僅僅是逆變，而是光伏電站的**管家，逆變器還承擔著光伏方陣和電網的監測和保護，對外界環境防護和人機交互等系統級功能。

在光伏行業標準NB32004-2013中，逆變器有100多個嚴格的技術參數，每一個參數合格才能拿到證書。國家質檢總局每一年也會抽查，對光伏并網逆變器產品的保護連接、接觸電流、固體絕緣的工頻耐受電壓、額定輸入輸出、轉換效率、諧波和波形畸變、功率因數、直流分量、交流輸出側過/欠壓保護等9個項目進行了檢驗。

一款全新的逆變器，從開發到量產，要兩年多時間才能出來，除了過欠電壓保護等功能外，逆變器還有很多鮮為人知的黑科技，如漏電流控制、熱設計、電磁兼容、諧波抑制，效率控制等等，需要投入大量的人力和物力去研發和測試。

本文主要介紹逆變器的本文諧波抑制技術。

1、什么是諧波？

我們正常用的電都是正弦波交流電，方向和大小都會產生周期性的變化，我國的交流電頻率是50Hz，就是每秒種方向變化50次，按照這種頻率變化的波形叫基波，電網是97%以上都是基波，還有一部分就是諧波(harmonicwave)，是指電流中所含有的頻率為基波的整數倍的電量，頻率為基頻2倍的諧波稱為二次諧波；頻率為基頻3倍的諧波稱為三次諧波；頻率為基頻n倍（以>1的整數倍）的諧波稱為n次諧波。此外還規定，頻率為基頻的奇數倍的那些諧波，統稱為奇次諧波；頻率為基頻的偶數倍的那些諧波，統稱為偶次諧波。

2、光伏逆變器為什么要抑制諧波？

諧波不僅沒有用途，還有十分嚴重的危害。由于大部分設備都是包括電動機在內的感性設備，只能吸收基波，高次的諧波會轉化為熱量或者振動，造成電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀；在電力傳送過程中，諧波由于頻率高，產生的阻抗大，因此會多消耗電能，造成電能生產、傳輸和利用的效率降低；諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀，或者某些頻段的設備不能正常工作；諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。

3、逆變器如何減少諧波含量

組件發出來的是直流電，經過逆變橋變化之后，大小和方向都發生了改變，但還不是純正弦波交流電，電流和電壓都不是連續的，含有大量諧波，要經過處理才能變成純正弦波交流電，這個過程就是濾波。光伏逆變器輸出諧波分為兩部分，一是高次諧波，來源于調制方式，二是低次諧波，來源于開關死區效應、器件參數漂移、采樣誤差、控制參數不匹配等。

逆變器主要從硬件和軟件兩方面去抑制諧波

硬件上主要是濾波電路，目前逆變器常用的濾波方式有：L，LC，LCL等三種方式。電感是主要特性是電流不能突變，利用這個特性，可以把逆變橋不連續的電流為轉變為連續的電流；電容的特性是電壓不能突變，利用這個特性，可以把逆變橋不連續的電壓為轉變為連續的電壓。

L為單電感濾波器，結構簡單，價格便宜，對低頻諧波抑制作用明顯，但高頻諧波抑制不夠理想，需要較大的電感或者較高的頻率來降低諧波電流，因此單電感濾波器通常用于小功率離網逆變器；LC為二階濾波，增加了一個電容，具有較高的濾波能力，一般用于集中式大功率逆變器，后面接隔離變壓器，因為*后是電容，多臺并聯會引起環流；LCL為三階濾波，增加一個電容和一個電感，抑制高頻諧波能力強，濾波器的電感輸出，可以多臺并聯，通常應用于中大功率組串式逆變器，但逆變器控制算法復雜，容易導致系統不穩定。

逆變器軟件上采取的主要方法有：

（1）提高開關頻率：

逆變器的開關頻率越高，控制帶寬越寬，對于寬范圍的電流諧波抑制更充分，為保證穩定性，逆變器的控制帶寬通常取開關頻率的1/10左右。逆變器控制算法中輸出電壓為正弦波，當經過逆變器調制輸出PWM波有畸變時，將影響逆變器的輸出諧波與控制效果。提高開關頻率與輸出PWM電平數有助于降低PWM波形的畸變率。

（2）并機諧波抵消能力：

1個方陣多臺組串式逆變器距離升壓變壓器距離不一樣，線路阻抗會有差異。線路阻抗會等效改變并網LCL濾波器中的電感，不同的濾波器參數會改變諧波的相位。當多臺組串式逆變器并聯工作時，諧波成分將會由于相位的差異而部分相互低消，降低系統整體的諧波值。

（3）消除諧波的軟件控制技術：

由于逆變器采用高速度的數字處理器，可以采用很復雜的算法，如重復控制的電流控制器算法，原理是任何周期性的信號都可以分解為直流、基波以及各次諧波之和，因此只要在控制系統的前向通道中在這些頻率處加入無窮大的增益，就可以實現對這些頻率處指令的無靜差跟蹤和擾動抑制。

4、逆變器的電磁兼容標準

中國和國外關于并網逆變器的標準（鑒衡金太陽標準、IEEE1547、IEC61000-3-12、VDE0126）和并網光伏電站的標準（GB/T19964-2012、GB14549、GB24337、VDE4105、BDEW）對逆變器或光伏電站的諧波電流**值進行要求。對于逆變器不同負載率下的諧波電流，要求**值不大于滿載下的諧波電流**值。中國金太陽標準中規定了逆變器額定功率運行時，注入電網中的諧波電流THDi不超過5%；同時，在30%，50%，70%負載點處的諧波電流不超過額定功率運行時的值。