（广西电网有限责任公司南宁供电局广西南宁530031）
摘要：光伏或风能发电的选址一般距离配电网很远，所以往往需要通过电缆连接。由于电缆的寄生电容较大，所以在长电缆中谐波电压谐波共振的问题经常出现。在电缆终端上加入电阻，可以有效地降低电缆的谐波共振，对电缆的最优的电阻值为电缆特性阻抗。利用分布式能源并网逆变器，在基本的有功功率输出的同时，通过主动谐波阻抗的控制策略，对纯电阻特性进行连续模拟，实现阻尼谐振宽频域谐波谐振的功能
关键词：谐波谐振；有源谐波电阻；谐波电流指令；输电电缆
目前国际环境中，能源枯竭问题以及环境污染问题越来越严重，所以新能源的开发越来越受到人们的重视，分布式新能源发电在国际上已经得到了一定的发展，自然界中风能、太阳能等新能源储量丰富且环保，所以风能和光伏发电越来越受到人们的关注。
海上风力发电对环境影响不大，且风力更稳定，发电能力更强。通过工频交流方式传输，结构简单，成本低。太阳能储量巨大，但由于辐射能量密度低，所以大型光伏电站需要占用大量的土地。从风能以及太阳能发电可以看出，新能源发电一般需要通过长距离传输来连接电网。电缆的使用可以保证传输的可靠性。但线缆寄生电容会引起较大的谐波共振问题，导致线路谐波的分布不均，导致电缆寿命和老化的差异，甚至危及线路的安全。
采用主动谐波电阻模拟连续谐波频率下的阻抗特性，有效地抑制谐波共振。然而，由于输出滤波电感的影响，传统主动谐波电阻的电阻特性在频率增加时存在较大误差，影响谐波共振的抑制效应。本文提出了一种新的谐波电流指令的生成方法，该方法保证了变换器在连续宽频域中具有纯电阻的特性。传统有源谐波加入微分环节，可以得出滤波器电感阻抗特性的影响结果。然后通过集中参数的实验结果，对试验方法的正确性以及所用方法的有效性进行验证。
1谐波谐振的危害
1.1谐波危害
谐波对电力系统的危害主要分为直接和间接两种影响，其中直接影响则主要是对系统元件、测控装置以及其他电子设备造成损伤。系统元件则主要包括补偿装置、旋转电机、输电线路以及变压器四种；测控装置则主要包括电气计量仪表、继电保护以及自动装置三种，而电子设备则主要指的是微电子装置。如果谐波干扰了附近的通信系统传播的信号，属于间接影响。其危害表现在以下几点。（1）损耗变压器中谐波电流，甚至会造成变压器绕组以及铁芯发热等现象，从而使得变压器的绝缘保护材料加速老化，降低变压器的工作效率。（2）谐波电压或电流会加大发电机定子以及转子的铁芯损害程度，使发电机整体或局部的温度偏高，从而影响电机的稳定运行。（3）在输电线路上，谐波电流会增加热度以及交流电阻，加快其损耗的速度，如果采用的是电缆输电，那么谐波电压将会使周围介质的电场强度变大，从而缩短了电缆的使用生命周期，增加安全事故发生的次数、维修费用。（4）当谐波的频率到达谐振的频率时，就会突然增大谐波的电流造成电容器以及串联电抗损坏，甚至是击穿电缆。（5）在继电保护和自动装置的整定值小、灵敏度高，因此其很容易受到谐波的影响，从而发出错误的保护模式，影响电力系统的运行。（6）谐波产生的电流会干扰周围附近的通讯系统，从而阻断信号的传送。
1.2谐振危害
谐振是由于谐波在电力系统中的蹿动而引起的，通常分为并联和串联两种谐振。谐波电流会在发生谐振时成倍的增大，从而增大了谐波的电压，并使其叠加在基波电压上，对设备的安全性造成了影响。谐波谐振所带来的危害表现在以下几点上。（1）电气的绝缘保护装置会因为谐振引起的过电压而被击穿，从而致使设备发生损毁。（2）谐波谐振产生的电压将是电源电压的三倍左右，这些过高的电压会使得绝缘子、电流互感器、避雷器以及电压互感器的瓷裙表面出现闪光而发生爆炸，甚至是造成短路。（3）谐振会使变压器、电压互感器以及电流互感器等这样带有铁芯的电气设备中的铁芯发生改变，从而影响使用；（4）当产生谐波谐振时，会使值班人员对电网中存在的不正常情况无法做出正确的判断，从而致使安全事故的发生。（5）谐振会使谐波的范围扩大，已有的谐波和附加的谐波将会加大公用电网中的元件损害程度，降低了电力系统的运行效率。（6）被放大的谐波电流会使电机、电容器以及电缆等电气设备的局部或整体过热，老化了绝缘保护材料、减少了其使用的生命周期，从而使其无法正常工作。
2有源电阻控制下线路谐波谐振抑制
在有源谐波阻抗控制模式下，将分布式发电并网逆变器作为电流源，在基波频率输出功率，并以谐波频率来表示电阻特性。
2.1有源谐波电阻控制方法
对有源电阻加入计算算法进行验证，不需要调整变流器的硬件结构。输出电流指令含有基波分量ireff和谐波分量irefH，基波分量主要由输出有功、无功指令生产。由谐波电压VBH得出谐波分量，其具体表现如下：
irefH=（VBH）/RH（1）
式中：RH为等效的谐波电阻值。
采用比例控制模式对变流器进行控制，其系数为Kp。前馈端口电压主要用于消除对电流回路的干扰影响。其关系需符合以下公式：
VPWMH=VBH+（irefH—iH）Kp（2）
iH=（VPWMH—VBH）/sL1（3）
式中：VPWMH为变流器输出谐波电压；iH是变流器交流端口谐波电流；L1是变流器输出滤波电感。
联立式（1）—式（3），能够得出谐波阻抗特性，如式（4）所示：
ZH=（VBH）/iH=RH+s（RHL1）/Kp（4）
由式（4）可以看出，由于输出滤波器电感的影响，变流器的交流端口呈现了阻抗特性。输出滤波电感取值相对较小，可以认为变流器交流端口在低频时接近电阻特性。
2.2改进的有源谐波电阻谐波电流指令生成方法
由式（4）的变流器的阻抗特性类似于电阻的阻抗特性。然而，由于输出滤波器电感的影响，当频率增加时，阻抗特性和电阻特性会发生很大的变化。为了保证纯电阻器在宽频率范围内的特性，本文提出了一种谐波电流指令生成的新方法。如式（5）所示：
irefH=（VBH/RH）（1+sL1/Kp）（5）
改进后谐波电流指令就是在原基础上加入微分环节，以此来抵消滤波器输出电感的影响。其中，输出滤波电感、比例控制系数以及等效电阻值会对微分系数造成影响。改进后如式6所示：
ZH=（VBH/iH）=RH（6）
式（6）表明，改进后变流器谐波阻抗和滤波器电感L1无关，呈现纯电阻的特性，谐波电阻阻值为RH。
取RH=9Ω，L1=3.5mH，Kp=50时，谐波阻抗如图1所示。在1kHz频率下，基于改进的谐波电流指令生成方法，变换器交流端口阻抗特性可以完全等效于纯电阻。
图1变流器等效阻抗
3实验验证
实验电路采用二极管不控整流桥带电容电阻负载将谐波电压注入系统。其中设电容为10mF，电阻为200SZ。改进后的方法只提高了逆变器端口谐波电阻的控制能力，从而测试了新能源并网逆变器直流侧只并联电容。在阻尼控制下，传统方法和改进方法下谐波分量的傅立叶变换数据如表1所示。节点1、2、3电压总谐波失真率(THD)的在无阻尼情况下分别为6.5%、11.1%和14.3%。加入阻尼控制后，各节点电压的谐波含量明显降低。在传统的阻尼控制下，节点1、2、3电压、THD均为2.5%、2.4%、2.2%。改进的控制方法，节点1、2、3电压THD分别为2.3%、2.1%和2.0%。
表1实验结果
根据表1的实验结果，本文提出的改进方法所对应的节点电压THD小于传统的方法。可以看出，阻尼控制能有效抑制系统的谐波谐振。
4结束语
新能源通过长电缆并入到配电网时，电网中的电压谐波会导致谐波谐振问题出现。当在电缆线路设置阻尼电阻抑制谐波共振时，谐波谐振在较宽范围分布时，最优电阻等于电缆的特性电阻。本文提出了一种改进的谐波电流指令生成控制方法，可以保证分布式电网逆变器交流纯侧在连续谐波频率上呈现出纯电阻阻抗特性，从而保证对宽频域上谐波谐振抑制效果。
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作者简介：彭锴（1991-),男，本科学历，助理工程师，主要从事输电电缆工作。