关键词：电力电子设备;谐波;危害;解决对策
引言
电力资源是人们生产、生活中不可或缺的重要资源，在推动工业化建设、保障社会稳定等方面做出了突出的贡献。经过几十年来的努力建设，我国已经构建了相对比较完善的电力网络系统，各种先进、新兴电力电子设备在电力网络中的应用，为满足人们逐渐提高的用电需求奠定了良好的基础。但是，电力网络系统之中，电力电子设备在运行的过程中也容易出现一些问题，从而影响电力网络系统的安全、稳定运行，其中一个最为突出的问题便是谐波问题。本文主要对电力电子设备谐波的危害进行了分析，并提出了有针对性的解决对策。
1电力电子设备谐波出现的原因探讨
在上个世纪的20年代，人们开始了对谐波的研究工作。德国主要使用了静止弧变流器，促使电流波同电网电压等出现畸变。在这以后工业技术的高度发展，在电力设备中变频技术也得到了广泛的应用，因此其出现了诸多谐波，同时在配电系统发展中变频器作为谐波出现的源头，其在锅炉、水泵、风机以及皮带机等诸多设备中有着较为广泛的应用。变频器一般会将电网的工频电逐渐变为多频率的交流电，如此就会在一定程度上保证电流的调速功能的实现。当前使用比较多的是交－直－交变频器，而其主要功能则是把交流电变为直流电，进而将其变为可调的三相交流电。SPWM逆变原理指的是可以以寻找触发规律来实现，并且输出电压为一连串正负交替的脉冲，在宽度的变化下而发生变化，SPWM逆变器对电压型之流回路有着较大的影响，但是电容器的电压则可以保持恒定，在整流电路中，输入电压的瞬时值同电容器端的电压相比则比较低，整流器件则会承受一定的反压，造成其不能疏通，要求在输入电压瞬时值同电容器端高之时则电流才可以输入，在电流持续的情况中，那么就会输入侧出现谐波。
2谐波危害
(1)对供电线路产生附加谐波损耗。由于集肤效应和邻近效应,造成电能浪费,输电能力降低,使设备的温度过热,降低设备的利用率和经济效益,泄漏电流增大加速绝缘老化,严重的甚至引起击穿。如果谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时,会造成线路绝缘击穿。(2)影响各种电气设备的正常工作。对电机类设备而言,会产生附加功率损耗、发热、机械振动和噪声和过电压,励磁系统受到干扰而影响正常工作,过载能力、寿命和效率降低,甚至造成设备损坏;谐波电压使变压器的铁心损耗及绝缘的电场强度增加,加速绝缘老化,并发出噪声,谐波电流使铜损增加,如变压器带有非对称性负荷,会大大增加励磁电流的谐波分量。对断路器,当电流波形过零点时,由于谐波的存在可能造成高的di/dt,这将使开断电弧困难,并且延长故障电流的切除时间。(3)含有谐波的电压加在电容器两端时,由于电容器的谐波阻抗很小,谐波电流叠加在电容器的基波上,使电容器电流变大,温度升高,寿命缩短,引起电容器过负荷甚至爆炸;另外,工频下电容器的感抗比系统中要大得多,不会产生谐振,但谐波频率下,感抗值成倍增加而容抗值成倍减少,这就有可能出现谐振导致设备被烧毁。(4)影响电子设备的正常工作,非整数和超低频谐波会使一些视听设备受到影响,使计算机自动控制设备受到干扰而造成程序运行不正常等。对附近的通信系统产生干扰,降低通信质量,甚至使通信系统无法正常工作;影响电子设备工作精度,使精密机械加工的产品质量降低,设备寿命缩短。(5)使继电保护和自动装置出现误动作,使仪表和电能计量出现较大误差。
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3解决谐波对电力电子设备造成危害的有效措施
3.1科学化管理
可采取法律约束与经济约束等手段，实现对电力电子设备谐波的有效治理。对过去电力电子设备谐波治理工作的局面进行有效转变，摒弃“先污染、后治理”的被动原则，转变为主动出击，对电力电子设备的谐波出现进行有效的预防。同时，应严格按照国家相关标准中的规定，对电力电子设备进行选择，加强对谐波含量指标的评定与检测，禁止投入使用不符合要求的电力电子设备。
3.2主动型谐波抑制方法
以变流装置为典型,通过变流装置的结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除谐波,目前采用的技术主要有: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。理论上讲,脉波越多,对谐波的抑制效果愈好,但是脉波数越多整流变压器的结构越复杂,体积越大,变流器的控制和保护变得困难,成本增加。脉宽调制技术,控制PWM输出波形的各个转换时刻,保证四分之一波形的对称性。根据输出波形的傅立叶级数展开式,使需要消除的谐波幅值为零、基波幅值为给定量,达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的。多电平变流技术,采用移相多重法、顺序控制和非对称控制多重化等方法,将方波电流或电压叠加,使得变流器在网侧产生的电流或电压为接近正弦的阶梯波,且与电源电压保持一定的相位关系。功率因数预调整器,加入高功率因数预调整器,在预调整器的直流侧通过DC/DC变换控制入端电流,保证电力电子装置从电网中获取的电流为正弦电流并与电网电压同相。此方法控制简单,可同时消除高次谐波和补偿无功电流,使电力电子装置输入端的功率因数接近1。主动型谐波抑制方案的主要问题在于成本高、效率低。同时,电力电子系统中很高的开关频率使PWM载波信号产生高次谐波,还会导致高电平的传导和辐射干扰。因此必须将高次谐波信号从系统中滤除,防止它们作为传导干扰进入电网;还要利用屏蔽防止它们作为辐射干扰进入自由空间产生电磁污染。所以对于较大功率的电力电子装置,一般除了采用主动型谐波抑制方法以外,还要辅以无源或有源滤波器加以抑制高次谐波。
3.3谐波的被动抑制
LC滤波器就是无源滤波器，滤波电路的组成包括电容、电阻及电感等，通常可及时消除多次或一次的滤波。根据具体的需求，在选择电力电容器时，可组合电阻器与电抗器，保障滤波效果的实现，给谐波提供并联低阻通路。无源滤波器具有诸多优势，包括维护便捷、运行可靠、结构简单等，因此其也是最为常见抑制谐波和无功补偿的手段。此外，可在电容与电感之间用简单的无源滤波器结构进行串联，以此来对主要次谐波构成低阻抗旁路。高通、双调、单调滤波是无源滤波器最重要的组成部分，由于其维护较为方便，类型较多，所以特别受人们的欢迎。
结语
在电力电子设备中谐波治理作为一个综合治理的过程，在实际发展中要求从实际出发，对设备进行管理，降低谐波的出现。与此同时，要求提升管理人员的认识，做好谐波治理工作，最大程度避免出现的谐波危害。从目前的发展现状来看，使用有源电力滤波器是将谐波抑制最为重要的措施，其可以在大范围中应用。
参考文献
[1]沈学良.电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J].中国新技术新产品，2017，（12）：68-69.
[2]刘秀兰，栾逢时.电力谐波对电力系统的影响及治理方法[J].电气应用，2017，34（S1）：125-128.
[3]莫冬青.浅析电力系统中谐波的危害及抑制方法[J].机电信息，2018，（12）：21，23.
论文作者:张宏岭
论文发表刊物:《中国电业》2019年20期
论文发表时间:2020/3/10
标签：谐波论文; 电力论文; 电子设备论文; 电流论文; 电压论文; 电容器论文; 无源论文; 《中国电业》2019年20期论文;