新能源并网下电力系统谐波抑制技术优化分析

作者：李佳琴

身份证号：530113198008311127

摘要：随着新能源（风电、光伏等）产业的快速发展，大规模新能源并网已成

为电力系统发展的必然趋势。但新能源发电依赖电力电子变流器，其非线性特

性会产生大量谐波，导致电力系统波形畸变、电能质量下降，威胁系统稳定运

行。本文梳理新能源并网下电力系统谐波的产生机理与危害，剖析当前谐波抑

制技术应用中的突出问题，提出针对性的优化策略，为提升新能源并网电力系

统电能质量、保障系统安全稳定运行提供技术参考。

关键词：新能源并网；电力系统；谐波抑制；技术优化；电能质量

一、引言

在“双碳”目标引领下，新能源发电技术快速普及，风电、光伏等新能源

机组大规模并网，推动电力系统向清洁化、低碳化转型。但新能源发电系统

中，光伏逆变器、风电变流器等电力电子装置的非线性特性，是新能源并网后

电力系统谐波产生的主要来源。谐波的存在会导致电力系统中变压器、电抗器

等设备损耗增加，影响保护装置正常工作，甚至引发系统谐振，威胁电力系统

安全稳定运行。当前，传统谐波抑制技术已难以适应新能源并网带来的复杂谐

波问题，如何优化谐波抑制技术、提升抑制效果，成为保障新能源并网电力系

统安全高效运行的关键课题。因此，深入分析新能源并网下谐波产生的特点，

探索谐波抑制技术的优化路径，具有重要的工程应用价值。

二、新能源并网下电力系统谐波的产生机理与危害

（一）谐波产生机理

新能源并网下电力系统谐波的产生，核心源于电力电子装置的非线性工作

特性，同时受新能源发电波动性、电网结构变化等因素影响。一方面，风电、

光伏等新能源发电过程中，需通过整流、逆变等电力电子变换环节实现并网，变流器的开关动作会导致电流、电压波形畸变，产生大量奇次谐波与偶次谐

波，其中 3 次、5 次、7 次谐波含量最高；另一方面，新能源发电出力具有随机

性、波动性，会导致并网电流不稳定，进一步加剧谐波畸变程度。此外，电网

中不对称负载、电弧放电等因素，也会叠加产生谐波，形成复杂的谐波污染。

（二）谐波主要危害

谐波对电力系统的危害贯穿发电、输电、配电全环节，严重影响系统安全

与电能质量。一是加剧设备损耗，谐波会导致变压器、电动机等电力设备产生

额外的涡流损耗和磁损耗，缩短设备使用寿命，增加运行成本；二是干扰系统

控制与保护，谐波会影响继电保护装置、自动控制系统的正常工作，可能导致

保护误动、控制失灵，引发电力系统故障；三是影响电能传输效率，谐波电流

会增加输电线路的线损，降低电力传输的经济性；四是干扰周边电子设备，谐

波会通过电网传播，对通信设备、精密仪器等产生电磁干扰，影响设备正常运

行。

三、新能源并网下电力系统谐波抑制技术现存问题

（一）传统抑制技术适配性不足

当前电力系统中广泛应用的无源滤波技术、有源滤波技术等传统谐波抑制

技术，难以适配新能源并网的复杂场景。无源滤波技术结构简单、成本较低，

但滤波特性固定，难以应对新能源出力波动带来的谐波频率、幅值变化，易出

现滤波失效或谐振问题；有源滤波技术抑制精度高、响应速度快，但存在成本

较高、抗干扰能力弱的缺陷，在大规模新能源并网场景下，易受电网电压波动

影响，抑制效果下降。

（二）滤波装置运行稳定性差

新能源并网后，电网电压、电流的波动性显著增加，导致谐波滤波装置运

行稳定性下降。部分滤波装置缺乏有效的自适应调节能力，无法根据谐波含

量、频率的变化实时调整工作参数，导致滤波效果不稳定；同时，滤波装置的

元器件易受谐波冲击损坏，维护成本较高，且故障排查难度大，影响谐波抑制

工作的连续性。（三）控制策略优化滞后

谐波抑制的控制策略未能及时适配新能源并网的特性，导致抑制精度不

足。传统控制策略多基于固定参数设计，难以应对新能源出力波动、电网结构

变化带来的动态谐波问题；同时，控制算法的响应速度较慢，无法快速跟踪谐

波变化，难以实现谐波的实时抑制，尤其在多新能源机组同时并网时，易出现

谐波叠加，进一步降低抑制效果。多-functional grid-connected inverters

可实现谐波与无功电流的协同抑制，提升电力系统电能质量，但当前此类控制

策略的工程应用仍存在优化空间。

四、新能源并网下电力系统谐波抑制技术优化策略

（一）优化无源滤波技术参数

针对传统无源滤波技术适配性不足的问题，通过优化滤波参数、改进拓扑

结构，提升其适配能力。结合新能源并网谐波的频率特性，精准设计滤波电抗

器、电容器的参数，优化滤波支路配置，实现对主要谐波分量的精准抑制；采

用混合型无源滤波拓扑，结合串联滤波与并联滤波的优势，拓宽滤波频段，提

升对波动谐波的适应能力，同时避免谐振风险，降低设备损耗。

（二）改进有源滤波技术性能

针对有源滤波技术成本高、抗干扰能力弱的缺陷，进行技术改进与优化。

采用新型功率器件，降低有源滤波装置的成本与损耗，提升装置的运行效率；

引入自适应控制算法，让滤波装置能够根据电网谐波含量、频率的变化，实时

调整控制参数，增强抗干扰能力，提升运行稳定性；将有源滤波装置与新能源

变流器协同设计，实现谐波抑制与功率调节的双向赋能，提升整体抑制效果。

（三）完善混合滤波协同控制

构建无源滤波与有源滤波协同工作的混合滤波系统，发挥两者优势，提升

谐波抑制精度与稳定性。无源滤波装置负责抑制含量较高的固定频率谐波，降

低有源滤波装置的工作负荷；有源滤波装置负责抑制动态谐波、残余谐波，实

现精准补偿，两者协同配合，形成优势互补。同时，优化协同控制策略，实现两者的无缝衔接，提升系统对新能源出力波动的适应能力，确保谐波抑制效果

的稳定性。

（四）引入智能控制算法

结合人工智能、大数据等技术，引入模糊控制、模型预测控制等智能控制

算法，优化谐波抑制控制策略。通过采集新能源并网后的谐波数据，利用大数

据分析技术挖掘谐波变化规律，实现谐波的提前预判与精准抑制；采用模糊控

制算法，提升控制策略的自适应能力，应对新能源出力波动、电网结构变化带

来的动态谐波问题，缩短响应时间，提升抑制精度，实现谐波的实时、高效抑

制。

五、结论

新能源并网下，电力电子装置的非线性特性导致电力系统谐波污染问题日

益突出，严重影响电能质量与系统稳定运行。当前谐波抑制技术存在适配性不

足、运行稳定性差、控制策略滞后等问题，制约了谐波抑制效果的充分发挥。

通过优化无源滤波参数、改进有源滤波性能、完善混合滤波协同控制、引入智

能控制算法等优化策略，能够有效提升谐波抑制精度与稳定性，适配新能源并

网的复杂场景。未来，需进一步推动谐波抑制技术与新能源发电技术的深度融

合，结合智能电网建设，研发高效、低成本、高可靠的谐波抑制技术，为新能

源并网电力系统的安全高效运行提供有力支撑。

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