刍议电力电子设备谐波的产生及对电流保护的实现

聂顺林 张戈

摘 要 本文阐述了谐波的产生以及它所造成的不良影响，我们提出了要采取被动型的抑制方法和运用主动型的抑制方法等电力电子设备针对于谐波产生的保护对策。

【关键词】电力 电子设备 谐波 产生 电流保护

1 谐波的产生

随着现代电力电子科技的不断发展，大型电子装置的设置密度越来越大，其俨然成为了谐波产生源头，比如，电力整流装置、电力交流调压装置以及变频器等，这些设备的电容构造中因受二极管或者晶闸的控制，导致电流会受供电影响而产生斩波和逆变，造成输电活动的矩形波。对电流型电路来说， 输出电流是矩形波。受傅氏级数的影响，其会将高次的谐波成分进行分类，促使电力设备可以采用脉冲宽度模式，确保其可以在采样控制中贯彻冲量相等且形状不同的原则，将产生的惯性效果在环节脉冲中表现出来，即输出效应的脉冲波形能够保持一致，其产生的窄脉冲面积可以用正弦波表现出来，其被称之为pwm 波形。就变频器来说，其通过对cpu的运用，使其可以产生脉宽可调的控制组元件，将其功率进行计算与控制，使其可以从电压、频率以及需要调整的电压内容三者出发，其会产生非标准的正弦波，即电压变频器，它会输出电压是正方波，包含了谐波。

2 谐波所造成的不良影响

2.1 对供电线路的损坏

因受集肤效应与邻近效应的影响，其一方面会提高电能的额外浪费，另一方面，输电效能也会随之降低，使得设备的稳定不断提高，而造成设备的损坏，带来本可避免的维修支出。同时，在输电线路中产生的电流会让疏导线路逐渐老化，甚至产生更为严重的击穿现象。特别是，如果谐波的产生频率处于网络谐振点的时候，其會直接导致绝缘线路被击穿。

2.2 不利于电气设备的正常运转

就电机设备来说，其还产生更大的功耗，使得设备的运行开展受机械环境的影响更为明显，当产生噪音与过量电压的时候，电磁系统会受到干扰，使其既不能在工作活动产生效益，也会让其的使用寿命直接降低，更为严重地将会直接带来设备的损坏。当然，谐波电压的存在会让变压器的铁心产生损耗，其绝缘性会随之增强，导致其进一步加快老化速度，也就产生了工作噪音与损害程度的增强。比如，变压器在受对称性负荷的影响，会直接提高励磁电流的谐波分量，当断路器的电流形成零点的时候，会因为谐波会带来di/dt的提高。这也就会让电弧难以断开，其需要延长故障电流的切断时间。

2.3 谐波电压直接作用于电容器两端的时候

其产生的谐波抗拒性较小，导致其产生的基波叠加在电容器上，其过电量大且温度不断提高，造成电容器设备的负荷与爆炸。同时，在这样环境下的电容器无法产生谐振，可谐波本身处于不断降低的状态，也就会带来应谐波问题导致的设备损坏。

3 电力电子设备针对于谐波产生的保护对策

就目前而言，其能够采取的谐波方法，主要分为了两种，即主动性抑制，其抑制方案，需要电力电子设备加强对自身的改进，促使其不会产生谐波， 或者受谐波的产生会让功率因数受其控制；选择被动型的谐波抑制模式，谐波本身的负载不会产生变化，但是电力系统与谐波之间的交流需要增加不同类型的滤波器，以此来确保电网能够被谐波所补偿。

3.1 主动型的抑制方法

通过对变流装置的改造，进而使其可以加强自身的结构设计性，使得其可以在辅助控制中降低的技术主要有：多脉搏的技术变化，其产生的功率较以往的六脉波会产生较为明显的变化，其需要主动地增加存在的脉波，进而降低产生的谐波电流含量。就理论上的分析来看，当其产生的脉波越多，会有效地提高其对谐波的抑制成效。

多脉波变流技术， 大功率电力电子装置常将原来6 脉波的变流器设计成12 脉波或24 脉波变流器以减少交流侧的谐波电流含量。可是这也相应地会提高脉波数段的物理结构复杂性，使得其运行、保护工作更难开展，再者也会相应地提高其生产成本。脉宽调整需要加强对PWM输出系统的转换技术，确保其能够在对称性上实现控制价值，让其输出的波形能够满足傅立叶的级数展开需求，让其谐波幅值有效降低，定量，以此来削弱谐波的产生可能性。

电平的变流需要采用多样化的模式来开展，虽然其主要采取的是遗相多重法与顺序控制法，但是其所需的方波电流会不断叠加，促使其可以在变流器的两侧茶水电流或者电压来靠近正弦的阶梯波， 并且与电源电压之间存在着一定的联系，其会因功率因数的变化，而采用高功率的因数调整模式，使其可以直接在DC/DC 变换中进入电流端。进而保证电力装置可以直接从电网中获得电流，来确保正弦电能够与电网、电压保持相同频率。虽然，这样的控制方法较为简单，但是其可以有效地降低高次谐波的产生几率与补偿电流效能。

3.2 被动型的抑制方法

无源滤波器（PPF）， 通过对电容、电阻与抵抗器的并联构置，使得其可以在回路中产生同一频率的电流，促使其可以避免高次谐波的进入。同时，这样的模式还能为电容提供功率，降低电网的功率因数。PPF 结构简单， 造价低， 运行损耗小， 技术要求不高。缺点在于不能受控， 其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定， 对系统阻抗和频率变化的适应性较差， 滤波易受系统参数的影响， 谐波补偿频带较窄， 只能过滤一种谐波成份， 因此随着配件老化或电网负载的变动， 会使谐振频率发生改变， 滤波效果下降。PPF 对某些次谐波有放大的可能， 在特定情况下可能与系统发生谐振；谐波电流增大时滤波器负担随之加重， 可能造成滤波器过载。PPF 的优点是投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便， 是目前广泛采用的抑制谐波及进行无功补偿的主要手段。

4 结论

随着科技的不断发展与进步，针对于电力电子设备所产生的谐波其抑制的方式更为多样化，其成效也愈加明显。但是想要获得更为有效的防治技术，还需进一步加强对其的重视与研究力度。

参考文献

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作者单位

国网西宁供电公司 青海省西宁市 810003