一．諧波的來源和危害 

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，一般是指對周期性的非正弦電量進行傅立葉分解，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、傳輸與消費環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生，主要來源于電網(wǎng)中非線性的設備與日益增多的電力電子裝置。諧波電流的危害在于會在電網(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=無窮大電網(wǎng)穩(wěn)定電壓-諧波電壓降）。諧波電流絕對值（逆變器通常用額定負載下的諧波電流百分比進行定義）越大，對電網(wǎng)電壓的失真影響越大。諧波電流的相對值（諧波電流與當前負載電流的百分比）沒有任何物理意義。

中國和國外關于并網(wǎng)逆變器的標準（鑒衡金太陽標準、IEEE1547、IEC61000-3-12、VDE0126）和并網(wǎng)光伏電站的標準（GB/T 19964-2012、GB 14549、GB 24337、VDE4105、BDEW）均只對逆變器或光伏電站的諧波電流絕對值進行要求。對于逆變器不同負載率下的諧波電流，僅要求絕對值不大于滿載下的諧波電流絕對值。比如中國金太陽標準中規(guī)定了逆變器額定功率運行時，注入電網(wǎng)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。需要注意的是，這里規(guī)定的是輕載諧波電流總量（也就是絕對值）不超過額定功率運行時的值，主要的原因是對于電網(wǎng)而言，需要控制的是諧波電流的總量，逆變器輕載工作時雖然諧波電流相對值很大，但總量很小，不會對電網(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因素有關：

（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，當經(jīng)過逆變器調(diào)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(shù)有助于降低PWM波形的畸變率，高開關頻率三電平的組串式逆變器比低開關頻率兩電平的集中式逆變器更有優(yōu)勢。

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(wěn)定性，逆變器的控制帶寬通常取開關頻率的1/10左右。組串式逆變器的開關頻率（16kHz左右）遠高于集中式逆變器（兩電平逆變器為3kHz，三電平可以做到9kHz左右），控制帶寬更寬，對于低次諧波的控制能力更強。

（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、受并網(wǎng)阻抗影響小的優(yōu)點。而國內(nèi)某些集中式逆變器廠家為降低成本，采用LC濾波，諧波性能會受到一定的影響。

（4）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(wǎng)LCL濾波器中L2的電感，不同的濾波器參數(shù)會改變諧波的相位。當多臺組串式逆變器并聯(lián)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(tǒng)整體的諧波值。 除了無源被動式諧波抵消功能，華為還開發(fā)了有源主動諧波抵消技術，可以通過主動控制進一步降低諧波水平，更智能的適應電網(wǎng)。

三． SUN2000 組串式逆變器諧波實測結果

諧波電流絕對值與負載率關系不大，以華為SUN2000為例，負載率100%和10%時，諧波電流絕對值差別不大，因此諧波電流相對值與負載率近似成反比。任何逆變器，在特定輕載時，諧波電流相對值均會超過30%。SUN2000在標準電壓源（THDu小于1%）情況下測試THD非常小，完全滿足額定輸出THDi小于5%的要求。輕載時候由于輸出電流小，諧波的相對值會變大，但諧波的總量很小。如果負載小于10%，由于電流采樣誤差和軟件控制精度等原因，THDi相對值是會變得更大，但諧波總量并不會增加，對于電網(wǎng)而言沒有影響。

為檢驗SUN2000在實際并網(wǎng)中的諧波性能，我們對SUN2000進行了單臺THD測試（金太陽測試認證）和1MW系統(tǒng)多臺并網(wǎng)測試。

對于采用組串式逆變器的大型電站來說，設計上一般1～2MW組成一個并網(wǎng)單元，通過隔離變壓器并網(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單元之間不會相會影響，該機制在多個采用集中式大機的大型地面電站均得到驗證。因此這次實際并網(wǎng)測試選在1MW系統(tǒng)進行，地點選在格爾木電站。

試驗測量點選定在逆變器與電網(wǎng)連接的電網(wǎng)側，試驗在逆變器輸出為額定功率時進行，用電能質(zhì)量分析儀測量出電流諧波總畸變率和各次諧波電流含有率。同時測量30%、50%、70%負載點處的各次電流諧波值。

測試結果如下：

并網(wǎng)諧波測試結果表明：



? SUN2000單機在標準電壓源（THDu<1%)情況下，測試THD絕對值非常小，遠低于額定輸出THDi小于5%的要求，優(yōu)于業(yè)內(nèi)并網(wǎng)標準。

? 格爾木現(xiàn)場SUN2000 1MW方陣測試THDi值，在20%負載以上，盡管電壓諧波達到2.4%，電流諧波均小于5%，50%以上的負載時諧波電流甚至小于3%，仍舊優(yōu)于額定輸出THDi小于5%的標準要求。

? 輕載時由于輸出電流小，諧波的相對值會變大，但諧波的總量很小。極端輕載情況下，當輸出電流接近0時，很小的電流諧波都會導致諧波的相對值接近無窮大，此時評估諧波的相對值沒有意義，因此所有的國內(nèi)和國際標準都只規(guī)定了諧波的絕對值要求，對于輕載下的諧波相對值沒有要求。

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、被動與主動諧波抵消等先進技術。并機實測結果表明，SUN2000逆變器具有優(yōu)越并網(wǎng)諧波抑制水平。對比格爾木現(xiàn)場光伏電站測量的諧波數(shù)據(jù)，考慮到當?shù)仉娋W(wǎng)的波形質(zhì)量（~2.5%電壓波形畸變），可以認為多臺SUN2000組成的電站和單臺逆變器的諧波電流相當。實驗表明沒有多臺小機并聯(lián)引起電網(wǎng)諧振的問題。實際上，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值反而會更小。

華為不僅在逆變器本體上具有先進的技術，在多機并聯(lián)大系統(tǒng)組網(wǎng)技術上也做了大量深入的研究和實踐，完全有能力保障多機并聯(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進行并機系統(tǒng)的建模，并且在實踐中檢驗應用。從系統(tǒng)與逆變器兩方面去解決多機并聯(lián)穩(wěn)定性問題，確保采用華為組串式逆變器的電站不但具有更好的經(jīng)濟收益，并能更可靠的長期穩(wěn)定運行，為客戶帶來最大的收益。