众所周知，风机中的变流器是谐波失真的源头，而谐波失真则会导致各种负面效应，例如过热、设备故障、电机损耗以及网络跳闸。因此，谐波电流排放日渐成为电力系统运营商和国际标准制定人员关注的领域。斯维奇一直在深入研究这个问题，并提供多种改善措施，以确保风机的输出功率符合最严格的规定。
谐波带来的问题和主要影响因素
理想情况下，正弦周期信号（欧洲为50 Hz，美国为60 Hz）应从变流器传送至电网。然而，电信号总夹杂着一定量的噪声。借助于傅里叶变换，在频域内很容易分析此噪声。根据傅里叶变换，任何周期信号都可以表示为正弦信号或者谐波的总和。每个谐波可以通过自身频率（基频的倍数）以及振幅和相位进行描述。
一般而言，能量传输中涉及的所有元件都会造成谐波失真。在风电变流器电网侧形成谐波失真的关键因素在于变流器本身、滤波器、电力变压器和现行电网。
谐波失真的真正问题在于很难区分哪种失真等级源自电网，哪种等级源自变流器。
变流器谐波
为了满足风力发电中高能量效率和精确过程控制的需求，如今，变流器代表了业界最先进的技术。谐波频谱的形状和频率范围与单个风机所用变流器以及所选谐波滤波器的特性直接相关。
变流器使用脉冲宽度调制（PWM）方法来生成所需的电流波形。这种控制方法具备多种优势，例如性能佳、价格低、尺寸小、质量轻。然而，PWM模式却含有对负载有害的高频噪声。
如果考虑频域中的功率变流器PWM模式频谱，我们将看到一组谐波。参看图1。
图1 电压谐波频谱
基频分量通常是客户的唯一需求。如果没有控制系统故意注入的低频谐波，PWM电压的低频谐波则具有极小的振幅。PWM附近以及以上频率的谐波振幅非常大，应从现有的频谱中予以排除。鉴于此，应使用正弦滤波器。参看图2。
图2 滤波器效应
滤波器
尽管滤波器用于减少有害谐波，但它们也可能导致谐波电平上升。这是由于滤波器通常包含无功元件（感应器和电容器），以实现良好的衰减。
众所周知，含有感应性元件和电容性元件的电路在某些频率下会产生共振。此种共振具有放大效应，因此介于基础频率与开关频率之间的一些低振幅电压谐波实际上在现有的频谱中会被放大。
有时，滤波器的内电阻在不需要特殊措施的情况下即可满足标准。出现相反情况时，可使用阻尼电阻器。
通过与滤波器电容串联插入电阻器，无源阻尼允许达到可接受特征。然而，这也会出现大量功率损耗以及滤波器的高频衰减恶化。实际上，选择阻尼电阻时始终要权衡价格和质量。
也可使用与变压器串联的额外电感来改进滤波器的高频性能。此种情况下，滤波器更为昂贵且产生额外损耗。
变压器
在电网变压器中，饱和效应和磁滞效应会导致电流失真。参看图3。此种效应构成了相电流中的3次谐波的主要组成部分，尤其在空载的模式下，而这种模式很接近凌晨的运行状况。参看图4。众所周知，如果三相变压器的其中一个绕组以星形连接，另一个以三角形连接，3次谐波可得到最小化。
图3 由于变压器饱和及磁滞导致的电流失真效应
图4 变压器中失真电流频谱
电流谐波增加损耗，并导致变压器产生的热量比基础频率谐波更多。因此，应在控制系统中采取特殊措施进行必要的校正。
负载
负载也包含一套导致动态变化的有功和无功分量。一方面，负载确定了网络谐波阻抗。另一方面，负载也在随昼夜、四季、逐年动态变化。一方面，负载的复 杂结构难以预测。另一方面，每相的负载分配通常不均匀，导致相电流和电压严重不平衡。不平衡也会导致谐波含量。例如，如果变压器的其中一个绕组以星形连 接，另一个以三角形连接，则可能会出现3次谐波。
国际标准的要求日益提高
如今，最受推崇的国际标准是IEC 61000-3-6、IEEE 512-1992和最新的德国BDEW标准。此外，每个电网规范都可以拥有自己的规则。关于电压谐波限制，IEC标准比IEEE标准更为严格，但电流谐波限制几乎相同。
尽管业界广泛采用IEC和IEEE标准，但两类标准已久未更新。然而，德国的新BDEW标准远远比其它两种标准更为严格。图5中显示了IEC 61800-3与BDEW标准所需的电流谐波限制之间的对比。因此，我们可以预计，IEC和IEEE标准在将来会变得更加严格。
图5 旧IEC 61800-3与新德国BDEW标准之间关于电流谐波限制的对比
与符合IEC和IEEE标准的滤波器系统相比，符合新BDEW标准的滤波系统更为昂贵，体积更大且损耗更多。
获得更高质量电能的改善方法
斯维奇致力于确定改善方法长达数年，以获得可满足电网现在及未来标准要求的更高质量的电能。
正弦滤波器需要大大改善变流器的谐波含量。借助于阻尼电阻器，由LC滤波器共振放大的谐波可能会衰减。应谨慎选择阻尼电路，以维持所需的高频滤波器 性能。为了抑制变压器3的整数倍次谐波，绕组可使用三角-星形连接。低频不对称和不平衡是一个至关重要的问题。不对称的主要原因可能来自负载。斯维奇变流 器能够最大程度地减少不对称效应所导致的谐波失真。
因此，所有这些措施均有助于抑制谐波，从而满足标准和客户规格所要求的限制。
Valentin Dzhankhotov
斯维奇研发工程师
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电流谐波增加损耗，并导致变压器产生的热量比基础频率谐波更多。因此，应在控制系统中采取特殊措施进行必要的校正。
负载
负载也包含一套导致动态变化的有功和无功分量。一方面，负载确定了网络谐波阻抗。另一方面，负载也在随昼夜、四季、逐年动态变化。一方面，负载的复 杂结构难以预测。另一方面，每相的负载分配通常不均匀，导致相电流和电压严重不平衡。不平衡也会导致谐波含量。例如，如果变压器的其中一个绕组以星形连 接，另一个以三角形连接，则可能会出现3次谐波。
国际标准的要求日益提高
如今，最受推崇的国际标准是IEC 61000-3-6、IEEE 512-1992和最新的德国BDEW标准。此外，每个电网规范都可以拥有自己的规则。
关于电压谐波限制，IEC标准比IEEE标准更为严格，但电流谐波限制几乎相同。