芻議電力電子設備諧波的產生及對電流保護的實現

聶順林 張戈

摘 要 本文闡述了諧波的產生以及它所造成的不良影響，我們提出了要采取被動型的抑制方法和運用主動型的抑制方法等電力電子設備針對于諧波產生的保護對策。

【關鍵詞】電力 電子設備 諧波 產生 電流保護

1 諧波的產生

隨著現代電力電子科技的不斷發展，大型電子裝置的設置密度越來越大，其儼然成為了諧波產生源頭，比如，電力整流裝置、電力交流調壓裝置以及變頻器等，這些設備的電容構造中因受二極管或者晶閘的控制，導致電流會受供電影響而產生斬波和逆變，造成輸電活動的矩形波。對電流型電路來說， 輸出電流是矩形波。受傅氏級數的影響，其會將高次的諧波成分進行分類，促使電力設備可以采用脈沖寬度模式，確保其可以在采樣控制中貫徹沖量相等且形狀不同的原則，將產生的慣性效果在環節脈沖中表現出來，即輸出效應的脈沖波形能夠保持一致，其產生的窄脈沖面積可以用正弦波表現出來，其被稱之為pwm 波形。就變頻器來說，其通過對cpu的運用，使其可以產生脈寬可調的控制組元件，將其功率進行計算與控制，使其可以從電壓、頻率以及需要調整的電壓內容三者出發，其會產生非標準的正弦波，即電壓變頻器，它會輸出電壓是正方波，包含了諧波。

2 諧波所造成的不良影響

2.1 對供電線路的損壞

因受集膚效應與鄰近效應的影響，其一方面會提高電能的額外浪費，另一方面，輸電效能也會隨之降低，使得設備的穩定不斷提高，而造成設備的損壞，帶來本可避免的維修支出。同時，在輸電線路中產生的電流會讓疏導線路逐漸老化，甚至產生更為嚴重的擊穿現象。特別是，如果諧波的產生頻率處于網絡諧振點的時候，其會直接導致絕緣線路被擊穿。

2.2 不利于電氣設備的正常運轉

就電機設備來說，其還產生更大的功耗，使得設備的運行開展受機械環境的影響更為明顯，當產生噪音與過量電壓的時候，電磁系統會受到干擾，使其既不能在工作活動產生效益，也會讓其的使用壽命直接降低，更為嚴重地將會直接帶來設備的損壞。當然，諧波電壓的存在會讓變壓器的鐵心產生損耗，其絕緣性會隨之增強，導致其進一步加快老化速度，也就產生了工作噪音與損害程度的增強。比如，變壓器在受對稱性負荷的影響，會直接提高勵磁電流的諧波分量，當斷路器的電流形成零點的時候，會因為諧波會帶來di/dt的提高。這也就會讓電弧難以斷開，其需要延長故障電流的切斷時間。

2.3 諧波電壓直接作用于電容器兩端的時候

其產生的諧波抗拒性較小，導致其產生的基波疊加在電容器上，其過電量大且溫度不斷提高，造成電容器設備的負荷與爆炸。同時，在這樣環境下的電容器無法產生諧振，可諧波本身處于不斷降低的狀態，也就會帶來應諧波問題導致的設備損壞。

3 電力電子設備針對于諧波產生的保護對策

就目前而言，其能夠采取的諧波方法，主要分為了兩種，即主動性抑制，其抑制方案，需要電力電子設備加強對自身的改進，促使其不會產生諧波， 或者受諧波的產生會讓功率因數受其控制；選擇被動型的諧波抑制模式，諧波本身的負載不會產生變化，但是電力系統與諧波之間的交流需要增加不同類型的濾波器，以此來確保電網能夠被諧波所補償。

3.1 主動型的抑制方法

通過對變流裝置的改造，進而使其可以加強自身的結構設計性，使得其可以在輔助控制中降低的技術主要有：多脈搏的技術變化，其產生的功率較以往的六脈波會產生較為明顯的變化，其需要主動地增加存在的脈波，進而降低產生的諧波電流含量。就理論上的分析來看，當其產生的脈波越多，會有效地提高其對諧波的抑制成效。

多脈波變流技術， 大功率電力電子裝置常將原來6 脈波的變流器設計成12 脈波或24 脈波變流器以減少交流側的諧波電流含量。可是這也相應地會提高脈波數段的物理結構復雜性，使得其運行、保護工作更難開展，再者也會相應地提高其生產成本。脈寬調整需要加強對PWM輸出系統的轉換技術，確保其能夠在對稱性上實現控制價值，讓其輸出的波形能夠滿足傅立葉的級數展開需求，讓其諧波幅值有效降低，定量，以此來削弱諧波的產生可能性。

電平的變流需要采用多樣化的模式來開展，雖然其主要采取的是遺相多重法與順序控制法，但是其所需的方波電流會不斷疊加，促使其可以在變流器的兩側茶水電流或者電壓來靠近正弦的階梯波， 并且與電源電壓之間存在著一定的聯系，其會因功率因數的變化，而采用高功率的因數調整模式，使其可以直接在DC/DC 變換中進入電流端。進而保證電力裝置可以直接從電網中獲得電流，來確保正弦電能夠與電網、電壓保持相同頻率。雖然，這樣的控制方法較為簡單，但是其可以有效地降低高次諧波的產生幾率與補償電流效能。

3.2 被動型的抑制方法

無源濾波器（PPF）， 通過對電容、電阻與抵抗器的并聯構置，使得其可以在回路中產生同一頻率的電流，促使其可以避免高次諧波的進入。同時，這樣的模式還能為電容提供功率，降低電網的功率因數。PPF 結構簡單， 造價低， 運行損耗小， 技術要求不高。缺點在于不能受控， 其濾波特性是由系統和濾波器的阻抗比所決定， 對系統阻抗和頻率變化的適應性較差， 濾波易受系統參數的影響， 諧波補償頻帶較窄， 只能過濾一種諧波成份， 因此隨著配件老化或電網負載的變動， 會使諧振頻率發生改變， 濾波效果下降。PPF 對某些次諧波有放大的可能， 在特定情況下可能與系統發生諧振；諧波電流增大時濾波器負擔隨之加重， 可能造成濾波器過載。PPF 的優點是投資少、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便， 是目前廣泛采用的抑制諧波及進行無功補償的主要手段。

4 結論

隨著科技的不斷發展與進步，針對于電力電子設備所產生的諧波其抑制的方式更為多樣化，其成效也愈加明顯。但是想要獲得更為有效的防治技術，還需進一步加強對其的重視與研究力度。

參考文獻

[1]張娜.電子設備諧波的不良影響及其治理措施[J].中國科技財富，2011，（10）：181.

[2]王楊.變電站電子設備諧波產生原因及對電流保護的影響研究[J].電子世界，2014，（14）：62-62，63.

[3]徐銘，徐旭.電力電子設備諧波的產生及解決方案[J].甘肅科技，2008，24（6）：81-83.

作者單位

國網西寧供電公司 青海省西寧市 810003