![]()
谐波是指对周期性的非正弦电量进行傅立叶分解后，除了得到和电网基波频率相同的分量，还得到一系列高于电网基波频率整数倍的分量，这部分分量就是谐波。谐波含量越少，波形就越接近正弦。
谐波主要来自于电网中的非线性负载和电力电子设备，其中并网逆变器是主要的谐波源之一。在逆变器输出侧，通常由SPWM波控制IGBT等全控型器件组成的桥式电路，其输出电压为含有正弦信号的矩形调制波，输出电流为正弦锯齿波，用傅里叶级数展开，输出回路电流信号可分解为只含正弦波的基波和其余各次谐波。
![]()
谐波的存在对电力系统的运作构成了多重危害：它降低了电能的生产效率、传输效率和使用效能，导致电气设备因过热而受损，产生振动与噪声，并加速绝缘材料的老化进程，缩短设备的使用寿命，极端情况下甚至导致设备故障乃至烧毁。谐波还会触发电力系统中的局部并联或串联谐振现象，进而放大谐波含量，对电容器等关键设备构成直接威胁，可能引发烧毁事故。此外，谐波还会引起继电保护装置和自动装置的误动作，扰乱电能计量系统。在电力系统之外，谐波还会对通信设备和各类电子设备产生强烈的干扰作用。随着光伏并网逆变器数量的快速增长，电网面临着前所未有的挑战。光伏逆变器的技术指标，特别是其控制谐波输出的能力，直接决定了其输出电能的质量优劣，谐波对电网的负面影响尤为显著，因此，全球范围内均制定了严格的并网谐波标准以规范逆变器的运行。以我国为例，国家标准明确规定，在逆变器以额定功率运行时，其注入电网的谐波电流总畸变率（THDi）必须控制在5%以内，并且进一步细化了各次谐波的具体含量限制，以确保电网的稳定与安全运行。
![]()
奇数次谐波分量
![]()
偶数次谐波分量
目前应用最广泛的并网控制算法是比例积分（PI）控制。PI控制具有简单、参数整定确定和鲁棒性强的特点，但是其难以精确跟踪时变的交流正弦信号，系统存在稳态误差，谐波控制效果比较差。
为优化并网谐波的管理，我们采用重复控制策略，这是一种根植于内模原理的高级控制方法，专注于消除周期性误差并最大限度地减少电流中的谐波分量。然而，重复控制策略的一个固有局限是周期性的延迟，这在一定程度上削弱了系统的即时响应能力。为了克服这一挑战，可以结合并网逆变器的系统模型与重复控制理论，提出重复控制与PI控制并行的复合控制算法。这种策略通过双重作用机制，既有效地降低了并网谐波含量，又显著提升了系统的动态性能。具体实现方式是，我们利用PI控制器持续监测并累加误差信号，每当误差信号不为零时，重复控制器会逐步增强其输出，随后将累积的误差反馈回控制循环中。这一过程实现了对误差信号的高精度追踪，从而提升了控制精度，并显著改善了并网输出电流的质量指标，显著降低了其中的谐波含量。
对于分布式光伏并网逆变系统，鉴于环境条件的波动，逆变器的直流输入功率往往经历显著的起伏变化，这就要求控制器必须具备高度的动态响应灵敏度。同时，由于系统旨在将转换后的交流电能无缝并入公共电网以供负载使用，因此严格控制并网的谐波分量至关重要，以确保电网的稳定性和电能质量。为有效应对上述挑战，采用重复控制算法与传统PI控制策略相结合的复合控制方法可以显著提升系统性能。不仅使并网电流的质量达到更优水平，还确保了系统的总谐波含量及各次谐波含量远远的高于国家标准和IEEE标准要求，从而实现高效、清洁的电力并网。
部分素材来源于网络，版权归原作者所有
