摘要：介绍光伏并网发电系统的谐波测量方法，用锁相环电路实现对电网谐波信号的硬件同步采样，从根本上消除了因采样不同步造成的误差采用基于4项B-H窗的加窗插值FFT（快速傅立叶变换）算法分析光伏系统谐波，有效地减小了频谱泄漏和栅栏效应造成的误差，提高了数据处理的准确性。

引言 

       随着我国工业化进程的加快和光伏发电规模的增大，光伏电网系统中的电力电子器件应用越来越广泛，大量的非线性和冲击性负载随之涌现，由这些负载所产生的谐波对公共电网的污染也日益严重，威胁着电力系统的安全与经济运行，光伏电网谐波污染问题也越来越不容忽视。 

       光伏发电必须通过逆变装置的转换，才能并入公共电网。然而，逆变装置会给电网带来电力谐波，使功率因数恶化、电压波形畸变和增加电磁干扰。其具体危害体现在：（1）若谐波干扰叠加到极低的整定值上，可能引起保护装置误动作，影响电力系统安全和继电保护的可靠性；（2）若电容器的容抗和供电变压器的漏抗在某一个谐波频率或接近这一频率时相等，将发生危险的谐振而导致非常大的电流或电压，容易烧坏电容器；（3）谐波危害变压器和电动机，缩短其使用寿命。因此，在光伏并网发电系统中，必须对系统中的谐波进行测量、分析与抑制。

       1 谐波测量方法 

       依据国家标准GB17625.1-1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值》，设备每相输入电流i≤16A，这样就可以对低压电气电子产品注入供电系统的总体谐波电流水平加以限制。GB/T14549- 1993《电能质量公用电网谐波》中考虑了不同谐波源叠加计算的方法，规定了各级电网电压谐波总畸变率容许值：0.38kV等级的不大于5%；6～10kV等级的不大于4%；35kV的不大于3%。对限制公用电网中的谐波起到了积极作用。在电能质量分析中，谐波电流的检测方法有很多，包括脉宽调制法、隔离变压器法、加装静止无功补偿装置、防止并联电容器组对谐波的放大、增加换流装置的相数或脉冲数、无源滤波和有源滤波方法等。

       无源滤波利用电容和电感谐振的特点来抑制特定频率的高次谐波分量，存在体积大、滤波频率固定和出现串并谐振等缺陷，限制了其应用场合，越来越不能满足电能质量要求。因此，有源电力滤波器（APF）已成为近年来国内外研究的热点。APF利用可控功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。其最大特点是能对变化的谐波进行快速动态跟踪，根据负荷的谐波进行动态补偿，不但能滤去高次谐波，而且能对基波无功进行补偿，达到负荷电流波形与系统电压波形一致，从而实现一机多能，是谐波治理的理想装置。 

       系统同时实现谐波电流补偿和光伏并网发电，指令电流的计算是本系统的重要研究环节。指令电流计算包含谐波电流的补偿指令电流计算、光伏并网发电有功指令电流计算，以及上述两者的合成运算，其中有源电力滤波的关键是进行谐波电流的检测。

       光伏并网发电系统中谐波电流检测及指令电流的合成原理框图如图1所示。图1中数字锁相环（PLL）跟踪A相电网电压的相位，以保证谐波电流检测的精度。 

       2 谐波分析方法 

       在电能质量分析领域中，采用基于快速傅立叶变换（FFT）的算法分析电力系统谐波。本研究采用基于加窗插值的FFT算法分析光伏发电系统的谐波，FFT算法要求对信号进行严格的同步采样，以提高各项电能质量参数的准确性。 

       2.1 同步采样处理 

       在实际测量谐波时很难做到同步采样和整数个周期截断，因此出现了影响测量准确性的频谱泄漏问题。在实际测量中，要处理的信号都是经过采样和A/D转换得到的有限长数字序列，相当于对原始信号乘以一个矩形窗加以截断。时域的截断会造成频域的展宽，频谱发生泄漏。 在非同步采样时，实际信号的各次谐波分量不能正好落在频率分辨点上，而是落在某2个频率分辨点之间。但是FFT的频谱是离散的，只在各采样点有频谱，而在其他地方都没有。这样通过FFT并不能直接得到各次谐波分量的准确值，而只能以临近的频率分辨点的值来近似代替，造成栅栏效应误差。