本文討論了在低壓裝置中，光伏逆變器與LED燈之間通過諧波、間諧波、超諧波和閃爍的相互作用的不同方法。 單個電網(wǎng)連接的發(fā)電機和像LED燈這樣的電子負(fù)載可以很容易地用給定頻率范圍內(nèi)的諧波來表征。 對這一主題的理解相對較好，已經(jīng)制定了衡量和限制干擾的具體標(biāo)準(zhǔn)，以確保干擾概率較低。 然而，當(dāng)連接在一起時，源和負(fù)載表現(xiàn)出需要進(jìn)一步研究和理解的行為。 這項工作提出了一項討論，作為今后關(guān)于分析干擾對這一特定負(fù)荷和源相互作用的損失和其他影響的工作的指南。 考慮了以下幾點：LED負(fù)載和光伏逆變器的非線性；控制中使用的技術(shù)和方法；以及負(fù)載和功率生產(chǎn)變化引起的潮流變化。 指標(biāo)術(shù)語-電力系統(tǒng)，電能質(zhì)量，諧波，超諧波，太陽能。

導(dǎo)言

隨著不斷發(fā)展，新能源和消費設(shè)備的納入使得電氣環(huán)境變得越來越復(fù)雜，需要更廣泛地了解這些元素與電氣系統(tǒng)之間的相互作用。 在這種情況下，使用分布式能源，通常使用電力電子接口，越來越多地被探索作為大型和傳統(tǒng)發(fā)電廠供電的補充和替代。 此外，根據(jù)技術(shù)趨勢，與傳統(tǒng)負(fù)載相比，具有不同特性的電子負(fù)載是帶來巨大收益的系統(tǒng)的一部分，特別是在效率方面，甚至在電能質(zhì)量方面。 然而，同時，他們可能會對電能質(zhì)量提出新的關(guān)切。

即使考慮到對不久的將來悲觀的預(yù)測，光伏微網(wǎng)在低壓系統(tǒng)中的大規(guī)模存在也將是一個值得歡迎的現(xiàn)實。 隨著微型發(fā)電，我們將有LED燈出現(xiàn)在世界大多數(shù)家庭。 光伏逆變器和LED燈都使用高頻開關(guān)技術(shù)從不同階段（例如直流到交流或交流到直流轉(zhuǎn)換功率）。 原因是設(shè)備重量和尺寸的減少，以及控制可能性的增加。 結(jié)果是與傳統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換技術(shù)相比，設(shè)備更高效、更便宜。

目前，功率變換器和電子負(fù)載都使用拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)，具有一定的相似性。 此外，用于功率級轉(zhuǎn)換的正常器件，如SCR、BJT、TRIACS、MOSFETS和IGBTS，具有一定程度的非線性特性。 當(dāng)這些設(shè)備與活動開關(guān)方法相關(guān)聯(lián)時(例如它可以導(dǎo)致高諧波電平。)

除了這兩個干擾源之外，我們通常在相同的低壓安裝中存在通信信號。 這些信號的存在引入了額外的頻率分量，使得對所有影響的分析更加復(fù)雜。 例如，眾所周知，使用電源線通信(PLC)連接到“清潔”電源的設(shè)備，頻率范圍為9-95k Hz的電流主要在相鄰設(shè)備之間流動，而不是在設(shè)備和電網(wǎng)[1]之間流動。 因此，這種發(fā)射的來源和發(fā)射在不同功率水平和頻率上的傳播目前是一個進(jìn)一步調(diào)查的主題。

這一背景說明有必要深入研究電源、負(fù)載和通信系統(tǒng)之間的相互作用。 這些部分應(yīng)該單獨研究以表征它們的排放，然后進(jìn)一步研究不同的裝置被排列在一起來研究它們之間的相互作用。

這項工作解決了特定于低壓安裝LED燈和光伏轉(zhuǎn)換器的電能質(zhì)量問題。 在這方面，這項工作將處理在這種設(shè)備存在下的低壓裝置中的光閃爍、諧波、間諧波和超諧波的影響。 第二節(jié)將簡要說明這些電力質(zhì)量問題。 其中一些問題是一個相對較新的研究趨勢，對未來研究的一些指導(dǎo)已經(jīng)開始，如[2]和[3]所述。 這種研究提出了巨大的挑戰(zhàn)，特別是因為有必要探索具有非線性響應(yīng)、低可預(yù)測性和往往取決于瞬間天氣的變化的設(shè)備之間的相互作用。 本文概述了光伏逆變器與LED燈相互作用的三個方面的新情況和未來研究的所需方向：光伏逆變器和LED燈的發(fā)射（第三節(jié)）；光伏逆變器和LED燈對電壓擾動的敏感性（第四節(jié))；以及這些擾動在不同器件之間的傳播(第五節(jié)）。 最后給出了結(jié)論。

電能質(zhì)量問題

根據(jù)最近的研究[4][5]、[6]，光伏逆變器和LED燈的使用會影響電力系統(tǒng)的效率，而且會降低最終用戶設(shè)備的效率和壽命。 對于這些設(shè)備之間的交互仍然缺乏理解。 考慮到這一情況，根據(jù)最初在[2]中表達(dá)的專家意見，將分析以下電力質(zhì)量問題：

1)諧波和間諧波(頻率低于2千赫)；

2)超諧波(頻率在2至150千赫之間)；

3)燈光閃爍。

首個問題，雖然這方面的研究和開發(fā)已經(jīng)進(jìn)行了幾十年，但仍然值得關(guān)注，主要是由于廣泛使用使用使用高頻開關(guān)設(shè)備的調(diào)節(jié)電源。 這種裝置有機會限制諧波發(fā)射，但它們也可能使問題復(fù)雜化，并導(dǎo)致在過去相當(dāng)不受發(fā)射的頻率上發(fā)射。 現(xiàn)代電力供應(yīng)幾乎完全使用技術(shù)，其中由電源繪制的電流不是正弦[7]。 由于LED燈含有各種類型的電源，因此應(yīng)從更廣泛的意義上探討這一問題。

第二個問題是最近對電能質(zhì)量的關(guān)注之一。 超諧波已成為研究人員的重要課題，并已開展了相關(guān)工作。 根據(jù)[8]的Lundmark，這一擔(dān)憂上升的主要原因是使用有源開關(guān)的轉(zhuǎn)換器激增，導(dǎo)致頻率范圍2至150k Hz的發(fā)射水平增加。 有趣的一點是，諧波和超聲調(diào)之間存在著聯(lián)系，盡管這是一種主要的非技術(shù)連接。 一個可以說明這一點的例子是，IEC61000-3-2對大于25W的燈具的諧波發(fā)射施加了限制。 解決這一問題常用的技術(shù)是使用有功功率因子校正，解決了低頻諧波發(fā)射的問題，但在較高的頻率范圍內(nèi)會產(chǎn)生更多的發(fā)射。 因此，標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果是發(fā)射從諧波范圍移動到超諧波范圍。

電網(wǎng)中存在高水平的諧波、間諧波和超諧波，會產(chǎn)生一些后果。 設(shè)備端子(如LED燈和光伏逆變器)的諧波電壓畸變會產(chǎn)生一些不利后果：

· 業(yè)績減少或損失增加；

· 壽命縮短，往往是由于熱點的形成；

· 干擾設(shè)備的性能，例如。 當(dāng)控制系統(tǒng)被多個零交叉的出現(xiàn)所混淆時。

諧波電流可能對電網(wǎng)中的串聯(lián)元件如變壓器產(chǎn)生不利影響。 還應(yīng)該指出，在涉及低次諧波的情況下，大多數(shù)公共網(wǎng)絡(luò)的電壓和電流失真水平都在很大程度上受到控制。 因此，對諧波的干擾是非常罕見的。 主要問題是網(wǎng)絡(luò)運營商將諧波電壓保持在監(jiān)管或內(nèi)部限制范圍內(nèi)，客戶將諧波電流保持在限制范圍內(nèi)。

對于間諧波和超諧振，標(biāo)準(zhǔn)中沒有監(jiān)管限制，幾乎沒有適用的限制，因此對設(shè)備的實際和預(yù)期影響的討論仍然很多。

前面提到的三個問題中的最后一個與LED照明中的閃爍有關(guān)。 在白熾燈中，燈閃爍是由于rms電壓的快速變化所致。 對于熒光燈，圍繞三倍諧波的諧波也會導(dǎo)致光閃爍。 對于LED燈，燈閃爍問題變得更加復(fù)雜。 根據(jù)[9]，LED照明有時在可能引起生物人類反應(yīng)的頻率上顯示閃爍。 在諧波和超諧波范圍內(nèi)，不同類型的波形失真會導(dǎo)致LED燈的閃爍。 它將取決于電路的設(shè)計，其中這種閃爍的諧波含量可能從不明顯到高度干擾到人類的觀察。 在下一節(jié)中，我們開始討論這些電能質(zhì)量擾動的發(fā)射。

干擾

為了開始討論這個問題，我們提出了以下問題：光伏逆變器和LED燈中的電力電子學(xué)如何影響電流中的諧波、間諧波和超諧波？

與Larsson等人進(jìn)行的工作類似。 在熒光燈的[10]中，解決這一問題的一個建議是首先測量和量化LED燈和光伏逆變器在設(shè)備終端上單獨引入的發(fā)射。

早期的論文，[11]和[12]，已經(jīng)提出了來自燈具和逆變器的發(fā)射。 市場上大量的不同類型使得需要一種系統(tǒng)的測量方法，涉及大量的類型。

一個不同的LED燈和光伏逆變器的集合必須評估涵蓋廣泛的技術(shù)。 測量的結(jié)果應(yīng)在時間和頻域上提出和分析，以全面了解所涉及的幅度和頻率。 同時，有必要研究拓?fù)湓O(shè)計，將從單個測量中發(fā)現(xiàn)的頻率與設(shè)備之間的技術(shù)差異聯(lián)系起來。 這包括評估有源功率因數(shù)校正(APFC)的特點，開關(guān)級，整流二極管，散裝電容器和EMC濾波器存在于某些設(shè)備。 必須指出，鑒于市場上燈具和逆變器種類繁多，有些階段有時被一些制造商最小化甚至忽略。 例如，LED燈具中的EMI濾波器就是這樣，有些燈具沒有配備[11]。 此外，還必須評估源阻抗的影響，因為當(dāng)阻抗偏離用于符合性測試的參考阻抗時，符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備仍可能顯示高發(fā)射。 關(guān)于逆變器，已經(jīng)開展了一些工作。 作為一個例子，我們可以引用Wang等人所做的工作。 在[13]中，光伏逆變器的諧波發(fā)射取決于它們的工作條件。 如果輸出功率降低，就會發(fā)出更多的諧波。 隨著功率從1515W降低到116W，電壓THD從3.65%增加到18.13%。 當(dāng)以安培表示時（而不是以基波電流的百分比表示），諧波含量從461mA下降到175mA(假設(shè)120V系統(tǒng)和單相連接)。

同樣，[12]研究了不同額定功率(從1kVA到100kVA)的多個逆變器的諧波發(fā)射。 結(jié)果表明，低次諧波主要有5次和7次th電流和電壓的諧波。 所有逆變器在其開關(guān)頻率上都有顯著的發(fā)射。 在本研究中，觀察到以下開關(guān)頻率：大型逆變器(100kVA)和10kHz、16kHz和25kHz的小逆變器(1kVA到10kVA)的3kHz)。 [14]，分析了輸出電流電平對單相光伏系統(tǒng)饋入電網(wǎng)電流畸變的影響。 通過對比例控制器(PR)、重復(fù)控制器(RC)和多諧振控制器(MRC)及其聚合的建模，說明了該控制如何影響諧波發(fā)射。 結(jié)合這些方法，逆變器可以有效地抑制諧波，即使在不同的運行條件下。 考慮到現(xiàn)在的沖擊，[12]，我們可以看到一個明顯的發(fā)射范圍在40k Hz到80k Hz之間的例子，由窄帶電力通信系統(tǒng)(PLC)引起)。 此外，在LTU，已經(jīng)做了研究，以了解超拉曼學(xué)在當(dāng)?shù)氐蛪合到y(tǒng)中的傳播。 在56WLED路燈的連接點進(jìn)行了兩種不同環(huán)境下的光譜測量。 從結(jié)果來看，發(fā)射是強烈的位置依賴性的，如圖所示。 1.

1：排放，9至150千赫，在實驗室環(huán)境（紅色)和工業(yè)設(shè)施(藍(lán)色)車間測量）。

另一方面，關(guān)于LED燈的影響，作為一個例子，我們可以引用Ronnberg等人進(jìn)行的工作。 在[15]，住宅小區(qū)的燈具（主要是白熾燈）被LED燈取代，更換前后對完整安裝的諧波發(fā)射進(jìn)行了評價。 測量結(jié)果清楚地表明，由于更換燈具，整個裝置的排放水平?jīng)]有重大變化。 由于在LED燈具中存在APFC而產(chǎn)生的排放是需要評估的重要點。 通過IEC61000-32對諧波發(fā)射進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常大于25W的燈具安裝APFC以滿足發(fā)射要求。 從一些初步的實驗表明，APFC可以很好地最小化諧波發(fā)射，但同時也會在超調(diào)量范圍內(nèi)產(chǎn)生失真。 無花果。 給出了在LTU實驗室分析的兩個帶和不帶APFC的LED燈的電壓和電流波形的例子。

2：電壓（藍(lán)色)和電流(橙色）波形繪制的燈與沒有APFC（分別上和下）。

上面的波形是從一個63WLED燈（工業(yè)用途）。 電流是相當(dāng)正弦的，除了在零交叉周圍的一些小偏差和在電流的正負(fù)峰值處的小失真。 這種失真包括來自APFC中開關(guān)的遺骸，并出現(xiàn)在超拉曼范圍內(nèi)。 對于一個7WLED燈，在沒有APFC的情況下，得到較低的波形，其中電流波形在較低的頻率范圍內(nèi)失真。 無花果。 顯示兩盞燈的頻譜。

3：圖所示電流波形的諧波光譜。 2. 63W燈（上部）和7W燈（下部）。

在VTHD1.98%時，63WLED燈的總諧波電流畸變率(ITHD)為10%，位移功率因數(shù)(DPF)為0.985。 測量7W燈的ITHD為78%，DFP為0.858。 為了評估諧波和間諧波，需要開發(fā)仿真模型并進(jìn)行實驗室測量。 對于超諧振，應(yīng)考慮器件之間的相互作用，以驗證可能的共振所造成的影響，特別是當(dāng)它可能導(dǎo)致高壓畸變水平時。

敏感性

關(guān)于這個問題，我們提出了一個問題：終端電壓中的諧波、間諧波和超諧波是如何影響光伏逆變器和LED燈中的電力電子學(xué)以及LED燈的光強的？

在這方面，已經(jīng)采取了重要的研究舉措，主要涉及LED燈具。 這些研究旨在了解電壓畸變等現(xiàn)象對LED燈具和其他照明設(shè)備的影響。 研究了超諧波(2~150k Hz)和諧波(0~2k Hz)的影響，并對功率因數(shù)校正電路的影響進(jìn)行了研究，[10]得出了結(jié)論。 以魯萊亞理工大學(xué)低壓實驗室3WLED燈為例，分析了超拉蒙學(xué)對照度的影響。 為了驗證磁化率，將照度與正常電壓波形中添加的高頻失真進(jìn)行了比較，并對其進(jìn)行了比較。 無花果。 4顯示燈在正常條件下的實驗結(jié)果。 沒有增加高頻失真)。

 4：正常條件下的照度（不增加高頻失真）。

高頻失真，記錄在一個商業(yè)機構(gòu)，然后疊加在電壓電源電壓波形上，包含頻率分量存在于2至150kHz頻率范圍的中間。 對于附加高頻失真的情況，實驗結(jié)果如圖所示。 5.

 5：亮度增加高頻失真。

結(jié)果表明，高頻失真對LED燈具的影響。 在高頻失真的測試信號下，照度增加。 然而，這種行為并不一致。 部分燈具照度下降。 這種行為的差異是由于燈的電氣設(shè)計的差異。 對于光伏逆變器，應(yīng)進(jìn)行類似的實驗。 有必要知道諧波和超諧波對該設(shè)備的壽命損失和效率損失有多大的影響。 對于光伏逆變器來說，不同頻率對設(shè)備性能和壽命的影響從未得到很好的研究。 這樣的調(diào)查的一個很好的出發(fā)點是探討以下研究課題：

· 不同頻率范圍的傳導(dǎo)發(fā)射對功率級效率的影響，特別是對常用的元件，如IGBT、變壓器、二極管和電容器；

· 來自PLC的頻率對設(shè)備運行可能干擾的效率和評估的影響；

· 在設(shè)備受到任何干擾（無論是效率、壽命損失還是可能的故障）影響之前，評估傳導(dǎo)和輻射發(fā)射的可接受限值。

進(jìn)行本研究課題，應(yīng)考慮使用仿真軟件和實驗室設(shè)施，配備各種光伏逆變器和LED燈具。 主要目標(biāo)是探索設(shè)備如何受到排放的影響。 此外，有必要有可用的設(shè)備和部件來組裝電源開關(guān)階段，以便研究上述主題的具體部分。

傳播

對于這個問題，問題是：在同一個低壓安裝中，諧波、間諧波和超諧波是如何從一個設(shè)備傳播到另一個設(shè)備的？

這一專題包括取決于一天中的時間、地點和設(shè)施中其他設(shè)備的詳細(xì)情況的統(tǒng)計問題。 包括所有這些都是一個巨大的挑戰(zhàn)。 首先，需要解決電壓畸變對諧波和間諧波發(fā)射的影響，并了解它們是如何通過低壓裝置傳播的。 必須執(zhí)行大量的相關(guān)性來識別相互作用，主要是為了識別與排放相關(guān)的產(chǎn)生高失真水平的組合。[16]的實驗結(jié)果表明，諧波沖擊強烈地取決于逆變器的類型和混合，以及它們的工作條件。 此外，結(jié)果表明，混合不同類型的逆變器可以稍微減少組合THD的安裝作為一個整體。

關(guān)于supraharmonics，根據(jù)Hankaniemi等人的說法。 [17]它們的流動主要發(fā)生在單獨的設(shè)備之間，而不是進(jìn)入網(wǎng)格。 這一點后來被其他幾項研究證實和解釋。 幾項研究還表明，連接到電網(wǎng)上的個人設(shè)備對超拉門子發(fā)射有很大的影響。

一種可能的方法，以減輕蔓延的支持是改進(jìn)設(shè)計低壓裝置。 這包括評估配電變壓器在擴展這種頻率和接地平面拓?fù)渲械淖饔谩?一個建議是開始這個研究主題，在[8]由Lundmark進(jìn)行的工作中增加研究元素。 對差動模式電流的研究可以進(jìn)一步評估，以了解低壓設(shè)施的配置如何可以減輕超拉門音的傳播。 此外，評價PLC的使用，是一個重要的探索點。 考慮到這一點，一個想法是開始研究使用模擬模型來評估不同設(shè)備之間的相互作用及其對傳播的影響。 其次，在設(shè)備和設(shè)施的可用性下，可以在實踐中進(jìn)行交互，研究不同參數(shù)變化對交互的影響。 這包括評估不同情況下的電力生產(chǎn)和負(fù)荷變化。 在研究中還必須包括超聲調(diào)對中性電流（零序分量）和單個諧波階數(shù)的影響。

結(jié)論

從前幾節(jié)強調(diào)的問題可以很容易地看出，在不久的將來，仍然存在著足夠的研究挑戰(zhàn)，特別是關(guān)于超諧波的挑戰(zhàn)。

只要它們保持在一定值以下，電網(wǎng)中非正弦電壓和電流的一般存在就不是一個問題。 一旦超過這一數(shù)值，情況就會令人擔(dān)憂。 了解和量化不同頻率失真是如何產(chǎn)生和傳播的，對于能夠估計超過這些值的風(fēng)險至關(guān)重要。 也不是總是清楚的以上價值扭曲變得令人擔(dān)憂。 雖然電力損失的影響在理論上是眾所周知的，但仍然有必要更好地量化這些現(xiàn)象對并網(wǎng)設(shè)備效率損失和壽命損失的影響。

本文提出了一些研究人員應(yīng)該解決的問題，以研究光伏逆變器和LED燈之間的相互作用。 正如我們所看到的，電力系統(tǒng)諧波中有一些問題是相對較新的，盡管其中一些已經(jīng)被調(diào)查，即使是那些仍然需要大量的進(jìn)一步研究。 這就是supraharmonics的情況，在描述他們在不同情況下的行為，建立標(biāo)準(zhǔn)化的測量方法，以及設(shè)置設(shè)備的干擾和豁免限制方面有更具體的需求。