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摘要：本文以光伏发电原理和它的数学模型为基础，分析研究了带有LCL滤波器的光伏逆变器的电路模型，并且根据滤波器参数的推导公式，对其设置合理的参数。针对LCL型光伏并网逆变器存在的谐振问题，选择了电容支路串联电阻的阻尼控制策略。最后用MATLAB/simulink进行了仿真，从并网电流、电压波形质量方面验证了它们具有良好的谐振抑制效果。
关键词：光伏发电；谐波抑制；无源滤波器
引言
进入新世纪以来，传统能源消耗日益增长，化石能源面临枯竭的危险，当前最主要的任务就是寻找新能源来替代污染严重的化石能源。新能源主要来源于太阳，因为太阳能取之不尽、用之不竭，所以，它受到了人们的高度关注。当今社会科技发展迅猛，一些新技术、新理念也应用到了太阳能行业，再加上世界各国的大力扶植，太阳能光伏发电产业借此机遇也得到了快速发展。光伏并网发电是太阳能大规模开发利用的必然趋势，具有高环保、低噪声、适用范围广等优点，备受社会的青睐。但是，光伏并网带来的谐波污染问题越来越严重，不仅导致电能质量不断下降，还引起了不必要的能量损耗。如今，在光伏并网系统中，消除谐波和提高电流波形质量成为了重点研究内容。
1分布式光伏并网发电特点
光伏列阵功率输出会受到太阳光的照度、强度以及实时温度等不定因素的影响。在全年之内，会受到季节、日照时段、雨雪天气等自然条件的影响，从而表现出不稳定性和不连续性，最终影响电压波动，对公共电网产生冲击。通过逆变器，可以实现对分布式光伏并网频率以及点阿姨的控制。逆变器之中电力电子器件在日常的工作之中会产生谐波电流，进而对电网的安全高效运行带来影响。为了有效的遏制开关谐波污染电流，通过串联LCL型滤波器进行改善。但是滤波器本身也可能引发二次污染。当电网发生故障的时候，可能形成供电的孤岛，并且这一时段的频率不够稳定、电压波动较大，很难控制。负荷侧出现的电压波动与闪变会对用电设备造成影响；恢复供电或者是光伏并网瞬间，如果光伏的输出电压与公共电网电压不能够相互同步，就会有较大的冲击电流出现，对电网的稳定性带来影响。
2并网系统
对光伏发电系统实施并网可通过如下方式进行：第一种是充分地对原有的配电网加以利用，然后再接进低压线路，通常会用于农村屋顶或是城市的一些小规模建设当中；第二种是利用变压器进行升压，然后将之接进高压电网，这种方法为众多光伏电站采用。其基本结构如图1。
3谐波治理措施
3.1无源滤波器
在太阳能光伏发电系统中，一般在逆变器与并网侧之间安装无源滤波器，由电阻R、电感L和电容C构成回路。为了阻止高次谐波流入电网，可以通过计算来选择电感L、电容C的参数，当回路中谐波频率与高次谐波频率相同时，即达到消除谐波的目的。无源滤波器就相当于一种波形发生器，先采集谐波信息，然后再输出一种幅值相等方向相反的谐波，从而抵消谐波源产生的谐波。传统的无源滤波器有L型滤波器、LC型滤波器、LCL滤波器。目前，一些新型无源滤波器也相继出现，但大都是在传统滤波器的基础上改进而来的。无源滤波器结构简单，容易控制，稳定性好，便于维护。但是，无源滤波器只能消除某一固定级的谐波，如果线路中含有很多级次谐波，需要针对每次谐波设计一种滤波器，这样会导致有效材料的过多消耗，不符合经济性原则。
3.2有源滤波器
有源滤波器主要分为2部分，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。补偿电流发生电路由主电路、驱动电路、电流跟踪控制电路3部分组成，各部分缺一不可，协同工作。滤波器的工作流程是，先检测电路中的谐波和无功，然后经过一系列运算产生足以抵消电路谐波和无功的谐波和无功。如图1所示，有源电力滤波器检测出谐波源负载电流iL的谐波分量iLh，通过运算输出指令信号i*C，而由补偿电流发生电路产生的补偿电流iC与负载电流中的谐波分量iLh模值相等、方向相反，iLh＝－iC，这样两者就可以互相抵消，负载侧电流中只有基波，不再含有谐波。有源滤波器可以实时进行谐波补偿，不仅能够达到消除谐波的目的，还能够进行无功补偿。由于基波是由交流电源直接加到变流器上的，而变流器也提供大部分的补偿电流，这样就要求变流器拥有足够大的容量，这也是很多有源电力滤波器单独使用时的主要缺点。
3.3中心控制层
3.3.1电网调度的执行
在执行电网调度指令时，分布式光伏发电系统直接设定了逆变器的输出功率参考值。考虑到由波动性和间歇性存在与光伏列阵的输出功率之中，所以，就会有不匹配的功率存在于调度指令以及光伏电池的输出最大功率之间，利用超级电容器储能装置，就可以实现调节处理以及抑制。
3.3.2低电压穿越
当配电网出现超过10%的电压偏差的时候，就会紧急控制分布式光伏发电系统电压的问题。通过有功功率来削减处理容量之后，防范逆变器过流的问题出现。如果偏差处于10%之内，当有1%UN电网电压降低的时候，就会存在5%的分布式电源输出有功功率下降的情况。在将有功功率进行限制的时候，最大的可用容量就可以支撑无功电。
3.3.3储能元件荷电状态的调整
确保光伏发电系统的正常运行，就需要确保端电压满足工作范围的要求，并且还需要确保可持续的运行，同时还可以及时的进行调整处理。如果超级电容器端电压偏低，利用充电就可以满足端电压的提升需求；如果端电压偏高，就需要放电，满足其正常值的要求。所以，利用恒功率充放电，这样就可以满足超级电容器能量状态的自我调节。
结语
由于谐波产生的源头复杂多样，在选择谐波治理方法时，需要考虑设备结构、效率、精度、成本和稳定性等因素。主动治理和受端治理的应用领域比较窄，而被动治理方法应用领域广泛，是目前治理电力谐波问题时采用的主要方法之一。正如文中所述，为了消除谐波，我们可以在光伏发电系统中安装无源电力滤波器和有源电力滤波器。根据两者各自的优缺点，可将有源滤波器与无源滤波器协同使用，无源滤波器可以解决一些有源滤波器不能解决的问题。
参考文献：
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