超越國(guó)標(biāo)：華為SUN2000光伏逆變器出色解決諧波問(wèn)題

圖為格爾木電站采用華為組串式逆變器一．諧波的來(lái)源和危害 諧波 (harmonic wave)，是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅立葉分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。諧波在電能的產(chǎn)生、傳輸與消費(fèi)環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生，主要來(lái)源于電網(wǎng)中非線性的設(shè)備與日益增多的電力電子裝置。諧波電流的危害在于會(huì)在電網(wǎng)短路阻抗上產(chǎn)生諧波電壓降，從而影響電壓波形（用戶端電壓=無(wú)窮大電網(wǎng)穩(wěn)定電壓-諧波電壓降）。諧波電流絕對(duì)值（逆變器通常用額定負(fù)載下的諧波電流百分比進(jìn)行定義）越大，對(duì)電網(wǎng)電壓的失真影響越大。諧波電流的相對(duì)值（諧波電流與當(dāng)前負(fù)載電流的百分比）沒(méi)有任何物理意義。 中國(guó)和國(guó)外關(guān)于并網(wǎng)逆變器的標(biāo)準(zhǔn)（鑒衡金太陽(yáng)標(biāo)準(zhǔn)、IEEE1547、IEC61000-3-12、VDE0126）和并網(wǎng)光伏電站的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 19964-2012、GB 14549、GB 24337、VDE4105、BDEW）均只對(duì)逆變器或光伏電站的諧波電流絕對(duì)值進(jìn)行要求。對(duì)于逆變器不同負(fù)載率下的諧波電流，僅要求絕對(duì)值不大于滿載下的諧波電流絕對(duì)值。比如中國(guó)金太陽(yáng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了逆變器額定功率運(yùn)行時(shí)，注入電網(wǎng)中的諧波電流THDi不超過(guò)5%；同時(shí)，在30%，50%，70%負(fù)載點(diǎn)處的諧波電流不超過(guò)額定功率運(yùn)行時(shí)的值。需要注意的是，這里規(guī)定的是輕載諧波電流總量（也就是絕對(duì)值）不超過(guò)額定功率運(yùn)行時(shí)的值，主要的原因是對(duì)于電網(wǎng)而言，需要控制的是諧波電流的總量，逆變器輕載工作時(shí)雖然諧波電流相對(duì)值很大，但總量很小，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響。 二．組串式逆變器輸出電流諧波控制分析 逆變器輸出電流諧波水平主要和以下幾個(gè)因素有關(guān)： （1）輸出電壓波形質(zhì)量：逆變器的控制算法中輸出電壓為正弦波，當(dāng)經(jīng)過(guò)逆變器調(diào)制輸出PWM波有畸變時(shí)，將影響逆變器的輸出諧波與控制效果。提高開(kāi)關(guān)頻率與輸出PWM電平數(shù)有助于降低PWM波形的畸變率，高開(kāi)關(guān)頻率三電平的組串式逆變器比低開(kāi)關(guān)頻率兩電平的集中式逆變器更有優(yōu)勢(shì)。 兩電平原理示意圖 三電平原理示意圖 （2）軟件控制帶寬：逆變器的開(kāi)關(guān)頻率越高，控制帶寬越寬，對(duì)于寬范圍的電流諧波抑制更充分，為保證穩(wěn)定性，逆變器的控制帶寬通常取開(kāi)關(guān)頻率的1/10左右。組串式逆變器的開(kāi)關(guān)頻率（16kHz左右）遠(yuǎn)高于集中式逆變器（兩電平逆變器為3kHz，三電平可以做到9kHz左右），控制帶寬更寬，對(duì)于低次諧波的控制能力更強(qiáng)。 （3）并網(wǎng)濾波器性能：控制帶寬以外輸出電流高頻成分，需要依賴濾波器來(lái)濾除，組串式逆變器一般采用LCL型濾波器，具有高頻諧波衰減能力強(qiáng)、受并網(wǎng)阻抗影響小的優(yōu)點(diǎn)。而國(guó)內(nèi)某些集中式逆變器廠家為降低成本，采用LC濾波，諧波性能會(huì)受到一定的影響。 （4）并機(jī)諧波抵消能力：1個(gè)方陣多臺(tái)組串式逆變器距離升壓變壓器距離不一樣，線路阻抗會(huì)有差異。線路阻抗會(huì)等效改變并網(wǎng)LCL濾波器中L2的電感，不同的濾波器參數(shù)會(huì)改變諧波的相位。當(dāng)多臺(tái)組串式逆變器并聯(lián)工作時(shí)，諧波成分將會(huì)由于相位的差異而部分相互低消，降低系統(tǒng)整體的諧波值。 除了無(wú)源被動(dòng)式諧波抵消功能，華為還開(kāi)發(fā)了有源主動(dòng)諧波抵消技術(shù)，可以通過(guò)主動(dòng)控制進(jìn)一步降低諧波水平，更智能的適應(yīng)電網(wǎng)。 三． SUN2000 組串式逆變器諧波實(shí)測(cè)結(jié)果 諧波電流絕對(duì)值與負(fù)載率關(guān)系不大，以華為SUN2000為例，負(fù)載率100%和10%時(shí)，諧波電流絕對(duì)值差別不大，因此諧波電流相對(duì)值與負(fù)載率近似成反比。任何逆變器，在特定輕載時(shí)，諧波電流相對(duì)值均會(huì)超過(guò)30%。SUN2000在標(biāo)準(zhǔn)電壓源（THDu小于1%）情況下測(cè)試THD非常小，完全滿足額定輸出THDi小于5%的要求。輕載時(shí)候由于輸出電流小，諧波的相對(duì)值會(huì)變大，但諧波的總量很小。如果負(fù)載小于10%，由于電流采樣誤差和軟件控制精度等原因，THDi相對(duì)值是會(huì)變得更大，但諧波總量并不會(huì)增加，對(duì)于電網(wǎng)而言沒(méi)有影響。 為檢驗(yàn)SUN2000在實(shí)際并網(wǎng)中的諧波性能，我們對(duì)SUN2000進(jìn)行了單臺(tái)THD測(cè)試（金太陽(yáng)測(cè)試認(rèn)證）和1MW系統(tǒng)多臺(tái)并網(wǎng)測(cè)試。 對(duì)于采用組串式逆變器的大型電站來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)上一般1～2MW組成一個(gè)并網(wǎng)單元，通過(guò)隔離變壓器并網(wǎng)。隔離變壓器將在MW單元之間起到良好的解耦作用，確保MW單元之間不會(huì)相會(huì)影響，該機(jī)制在多個(gè)采用集中式大機(jī)的大型地面電站均得到驗(yàn)證。因此這次實(shí)際并網(wǎng)測(cè)試選在1MW系統(tǒng)進(jìn)行，地點(diǎn)選在格爾木電站。 試驗(yàn)測(cè)量點(diǎn)選定在逆變器與電網(wǎng)連接的電網(wǎng)側(cè)，試驗(yàn)在逆變器輸出為額定功率時(shí)進(jìn)行，用電能質(zhì)量分析儀測(cè)量出電流諧波總畸變率和各次諧波電流含有率。同時(shí)測(cè)量30%、50%、70%負(fù)載點(diǎn)處的各次電流諧波值。 測(cè)試結(jié)果如下： 并網(wǎng)諧波測(cè)試結(jié)果表明： ?SUN2000單機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)電壓源（THDu<1%)情況下，測(cè)試THD絕對(duì)值非常小，遠(yuǎn)低于額定輸出THDi小于5%的要求，優(yōu)于業(yè)內(nèi)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 ?格爾木現(xiàn)場(chǎng)SUN2000 1MW方陣測(cè)試THDi值，在20%負(fù)載以上，盡管電壓諧波達(dá)到2.4%，電流諧波均小于5%，50%以上的負(fù)載時(shí)諧波電流甚至小于3%，仍舊優(yōu)于額定輸出THDi小于5%的標(biāo)準(zhǔn)要求。 ?輕載時(shí)由于輸出電流小，諧波的相對(duì)值會(huì)變大，但諧波的總量很小。極端輕載情況下，當(dāng)輸出電流接近0時(shí)，很小的電流諧波都會(huì)導(dǎo)致諧波的相對(duì)值接近無(wú)窮大，此時(shí)評(píng)估諧波的相對(duì)值沒(méi)有意義，因此所有的國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都只規(guī)定了諧波的絕對(duì)值要求，對(duì)于輕載下的諧波相對(duì)值沒(méi)有要求。 華為SUN2000逆變器具備輸出電壓畸變率低、控制帶寬高、良好的LCL濾波性能、被動(dòng)與主動(dòng)諧波抵消等先進(jìn)技術(shù)。并機(jī)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，SUN2000逆變器具有優(yōu)越并網(wǎng)諧波抑制水平。對(duì)比格爾木現(xiàn)場(chǎng)光伏電站測(cè)量的諧波數(shù)據(jù)，考慮到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的波形質(zhì)量（~2.5%電壓波形畸變），可以認(rèn)為多臺(tái)SUN2000組成的電站和單臺(tái)逆變器的諧波電流相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)表明沒(méi)有多臺(tái)小機(jī)并聯(lián)引起電網(wǎng)諧振的問(wèn)題。實(shí)際上，隨著并網(wǎng)逆變器數(shù)量的增多，由于逆變器間的諧波抵消作用，THDi值反而會(huì)更小。 華為不僅在逆變器本體上具有先進(jìn)的技術(shù)，在多機(jī)并聯(lián)大系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)上也做了大量深入的研究和實(shí)踐，完全有能力保障多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性。華為采用電網(wǎng)系統(tǒng)專業(yè)的分析軟件DIgSILENT進(jìn)行并機(jī)系統(tǒng)的建模，并且在實(shí)踐中檢驗(yàn)應(yīng)用。從系統(tǒng)與逆變器兩方面去解決多機(jī)并聯(lián)穩(wěn)定性問(wèn)題，確保采用華為組串式逆變器的電站不但具有更好的經(jīng)濟(jì)收益，并能更可靠的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，為客戶帶來(lái)最大的收益。