關(guān)于電力電子裝置諧波問題的綜述
摘要:隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,諧波的危害已越來越嚴(yán)重,諧波治理問題已經(jīng)迫在眉睫。對電力電子裝置諧波源進行了分析和總結(jié),指出了其危害及相應(yīng)的諧波管理原則和綜合治理方法,并對諧波治理工作進行了展望。關(guān)鍵詞:電力電子;諧波;危害;抑制
引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,電力電子裝置的廣泛應(yīng)用給電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染。各種電力電子設(shè)備在運輸、冶金、化工等諸多工業(yè)交通領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,使電網(wǎng)中的諧波問題日益嚴(yán)重,許多低功率因數(shù)的電力電子裝置給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)并影響供電質(zhì)量,因此,電力電子裝置的諧波污染已成為阻礙電力電子技術(shù)發(fā)展的重大障礙。故抑制諧波污染,提高功率因數(shù)的研究已成為電力電子技術(shù)中的一個重大課題。本文圍繞這一關(guān)鍵問題,通過對電力電子諧波源及其危害的認(rèn)識和分析,從污染和防治的關(guān)系考慮,探討了綜合治理的方法,最后對諧波綜合治理的發(fā)展趨勢進行了展望。
1 電力電子裝置——最主要的諧波源
非線性負(fù)荷是個諧波源,它引起電網(wǎng)電壓畸變,使電壓中帶有整數(shù)倍基波頻率的分量。作為最主要的諧波源的電力電子裝置主要為各種交直流變流裝置(整流器、逆變器、斬波器、變頻器)以及雙向晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等,另外還有電力系統(tǒng)內(nèi)部的變流設(shè)備,如直流輸電的整流閥和逆變閥等。下面對其產(chǎn)生的諧波情況作一分析。
1.1 整流器
作為直流電源裝置,整流器廣泛應(yīng)用于各種場合。圖1(a)及圖1(b)分別為其單相和三相的典型電路。在整流裝置中,交流電源的電流為矩形波,該矩形波為工頻基波電流和為工頻基波奇數(shù)倍的高次諧波電流的合成波形。由傅氏級數(shù)求得矩形波中的高次諧波分量In與基波分量I1之比最大為1/n,隨著觸發(fā)控制角α的減小和換相重疊角μ的增大,諧波分量有減小的趨勢。
此外,現(xiàn)有研究結(jié)果表明:整流器的運行模式對諧波電流的大小也有直接的影響,因此在考慮調(diào)整整流電壓電流時,最好要進行重疊角、換相壓降以及諧波測算,以便確定安全、經(jīng)濟的運行方式;當(dāng)控制角α接近40°,重疊角μ在8°左右時的情況往往是諧波最嚴(yán)重的狀態(tài),所以要經(jīng)過計算,盡量通過正確選擇調(diào)壓變壓器抽頭,避開諧波最嚴(yán)重點[1]。
1.2 交流調(diào)壓器
交流調(diào)壓器多用于照明調(diào)光和感應(yīng)電動機調(diào)速等場合。圖2(a)及圖2(b)分別為其單相和三相的典型電路。交流調(diào)壓器產(chǎn)生的諧波次數(shù)與整流器基本相同。
1.3 頻率變換器
頻率變換器是AC/AC變換器的代表設(shè)備,當(dāng)用作電動機的調(diào)速裝置時,它含有隨輸出頻率變化的邊頻帶,由于頻率連續(xù)變化,出現(xiàn)的諧波含量比較復(fù)雜。
1.4 通用變頻器
通用變頻器的輸入電路通常由二極管全橋整流電路和直流側(cè)電容器所組成,如圖3(a)所示,這種電路的輸入電流波形隨阻抗的不同相差很大。在電源阻抗比較小的情
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