變頻器對電網(wǎng)的污染及應(yīng)對

1、變頻器對電網(wǎng)的污染及應(yīng)對 變頻器對電網(wǎng)的污染及應(yīng)對 摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的開展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我們國家已經(jīng)步入了信息化的時(shí)代，對電力需求越來越高。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已無法滿足當(dāng)前信息化技術(shù)開展的需求，因此，電網(wǎng)智能化成為今后電力系統(tǒng)開展的方向。變頻器在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，具有高速范圍廣、精確度高等明顯優(yōu)勢，極大的推動(dòng)了智能電網(wǎng)的開展，也成為智能電網(wǎng)運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。 關(guān)鍵詞：變頻器；電網(wǎng)；污染；影響 中圖分類號：U665.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 變頻器的應(yīng)用可以有效的起到系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保的作用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的自動(dòng)化控制，延長電力設(shè)備的使用壽命，同時(shí)還起到了提高電網(wǎng)運(yùn)行效率的作用，

2、有效的降低故障率，在當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電了技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，變頻器的控制方式越來越精細(xì)。但是，我們在應(yīng)用變頻器的同時(shí)也要考慮到其對電網(wǎng)產(chǎn)生的不良影響，采取相應(yīng)的措施予以改良，到達(dá)持續(xù)開展之目的。 1 對電網(wǎng)產(chǎn)生污染或不良影響 1.1 變頻器諧波的產(chǎn)生原理 諧波作為一個(gè)關(guān)鍵性的概念，主要是根據(jù)傅里葉的的理論，以基波頻率的整數(shù)倍作為計(jì)算方法，對周期性非正弦交流量進(jìn)行級數(shù)分解，如果各次分量都比基波頻率大，即將這種交流量稱為諧波或者高次諧波。電力系統(tǒng)中主要的變頻器有兩種，即間接和直接變頻。間接變頻器的工作原理是：將工頻交流通過變頻器變成直流電流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變換成可控

3、頻率的交流。直接變頻器的原理那么是：將工頻交流變換成可控頻率的交流，不需要像間接變頻那樣，中間減少了轉(zhuǎn)變直流的環(huán)節(jié)。 1.2 變頻器諧波污染 公用電網(wǎng)的主要任務(wù)是為社會(huì)提供穩(wěn)定的電力，并且以固定頻率的電壓傳輸給應(yīng)用部門。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，對其它控制系統(tǒng)的控制也可以造成嚴(yán)重影響和不良后果。一般情況下，諧波對容量相對較大的電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響較小，我們主要探討的是對容量小的電力系統(tǒng)的影響。以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。變頻器運(yùn)行時(shí)，由于種種原因會(huì)產(chǎn)生諧波，此諧波反響到電網(wǎng)時(shí)，會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，影響附近

4、電器的正常運(yùn)行。目前，國內(nèi)電力電子裝置應(yīng)用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源，其中就包括變頻調(diào)速器。由于變頻調(diào)速技術(shù)的不斷擴(kuò)大，諧波污染電力系統(tǒng)及四周設(shè)備的影響就日益嚴(yán)重，甚至造成其它電子設(shè)備不能正常工作，會(huì)危及電網(wǎng)平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并影響電氣設(shè)備的正常使用。 高次諧波：變頻器采用的電路結(jié)構(gòu)是“整流器電容 / 電感器逆變器，無論是整流器或是逆變器都具有非線性特性，所以它會(huì)產(chǎn)生高次諧波。這種高次諧波會(huì)使輸進(jìn)電源的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變。假設(shè)不采取有效抑制措施，它對各種電氣設(shè)備，自動(dòng)化裝置、計(jì)算機(jī)、計(jì)量儀器以及通訊系統(tǒng)均有不同程度的影響。對于供電線路來說，由于高次諧波的作用，惡化了電網(wǎng)質(zhì)

5、量指標(biāo)，降低了電網(wǎng)的可靠性，增加了電網(wǎng)損失，縮短了電氣設(shè)備的壽命。 也有一種說法認(rèn)為變頻器的高頻輸出電流，會(huì)使變頻器的輸出電流整體上有所增加，美國雜志上也曾有文闡述此事，特別是功率20hp 以下電機(jī)和長支線電纜時(shí)，但國內(nèi)運(yùn)行實(shí)踐未見有此報(bào)導(dǎo)，iec的各種標(biāo)準(zhǔn)對此也未提及。其他方面的不良影響也隨著對變頻器的深入研究開始逐漸凸現(xiàn)，如變頻器的電磁兼容問題。 1.3 電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量與變頻器相輔相成：不合格電能對變頻器本身的影響電壓偏移、閃變、畸變、電壓的不平衡或者缺相、頻率偏移等現(xiàn)象引起的電網(wǎng)波動(dòng)對變頻器運(yùn)行造成的影響，產(chǎn)生的諧波對于電網(wǎng)質(zhì)量有很嚴(yán)重的污染，變頻器輸出功率缺乏或者無法開機(jī)，對設(shè)備本身也有

6、相當(dāng)?shù)钠茐淖饔?，電磁輻射干擾互相影響，輕那么不能夠連續(xù)正常運(yùn)行，重那么造成設(shè)備輸入回路的損壞。 2 目前國內(nèi)諧波已經(jīng)解決的較好 2.1 適用的諧波標(biāo)準(zhǔn)因類、因時(shí)制宜 目前，變頻器有各種保護(hù)功能，不管缺相，欠壓，過流都能保護(hù)，其種類繁多，因類、因時(shí)適用標(biāo)準(zhǔn)。既能使用變頻器，又能對配電電網(wǎng)實(shí)行無功補(bǔ)償。我國由技術(shù)監(jiān)督局于 1993 年發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)?電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波?，并從 1994 年 3 月1 日起開始實(shí)施，內(nèi)容包括如抗干擾標(biāo)準(zhǔn)輻射標(biāo)準(zhǔn) IECl 等其他標(biāo)準(zhǔn)。 2.2 適宜的調(diào)控策略 采用更適宜的控制策略來優(yōu)化或改良，可以更大限度地減少諧波的產(chǎn)生；單一的控制方式有著各自的缺點(diǎn)，如在實(shí)際應(yīng)用

7、中常用的正弦脈沖寬調(diào)制法和特定消諧法，電網(wǎng)擴(kuò)容與技術(shù)改造、電網(wǎng)濾波、采用有載調(diào)壓變壓器和不間斷電源、修改變頻器參數(shù)設(shè)置，變頻器輸進(jìn)側(cè)加裝有源 PFC 裝置，效果最好，但本錢較高。多種控制方式相結(jié)合，因時(shí)因地制宜取長補(bǔ)短，從而到達(dá)降低諧波提高效率的成效。 2.2.1 數(shù)字化控制變頻器，如采用單片機(jī) MCS51 或 80C196MC等，輔助以 SLE4520 或 EPLD 液晶顯示器等來實(shí)現(xiàn)更加完善的控制性能。 2.2.2 為了減小高次諧波產(chǎn)生的干擾，原那么上應(yīng)該對發(fā)生源進(jìn)行抑制。對小容量的變頻調(diào)速器，高次諧波很少，當(dāng)使用大容量時(shí)：裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波，這對各種諧波源都是適用的；對電力電子裝

8、置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波。 2.2.3 適用的電抗器與直流電抗器或者適度增加電抗器：如配電變壓器輸出電壓三相不平衡，且不平衡率大于 3%時(shí)，變頻器輸入電流峰值很大，會(huì)造成導(dǎo)線過熱等，那么此時(shí)需加裝交流電抗器，嚴(yán)重時(shí)那么需加裝直流電抗器。 2.2.4 改善變頻器結(jié)構(gòu)使用理想化的無諧波污染的綠色變頻器，綠色變頻器的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數(shù)可控，帶任何負(fù)載使都能使功率因數(shù)為 1，可獲得工頻上下任意可控的輸出功率。改善變頻器結(jié)構(gòu)，減少變頻系統(tǒng)注進(jìn)電網(wǎng)的諧波、無功等污染?？蓮淖陨碛布Y(jié)構(gòu)或整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建方式以及設(shè)備選擇等方面考慮，從根本上減少變頻系統(tǒng)注入電網(wǎng)的諧波、無功等污

9、染。 2.2.5 濾波器：如正弦波濾波器，加裝 EMI 濾波器 dv/dt，還可以減少電磁噪聲和損耗。主要用在電機(jī)絕緣水平相比照擬弱的場合，其特性不受系統(tǒng)的影響，無諧波放大的危險(xiǎn)，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 2.2.6 進(jìn)步變頻器載波頻率，可以有效抑制低次諧波。PWM 輸出的載波頻率對電機(jī)的噪聲有很大的影響，對變頻器的干擾也有影響。所以只要載波頻率足夠大，較低次諧波就可以被有效地抑制。 2.2.7 加裝無功功率靜止型無功補(bǔ)償裝置：對于大型沖擊性負(fù)荷，可裝設(shè)無功功率的靜止型無功補(bǔ)償裝置，以獲得補(bǔ)償負(fù)荷快速變動(dòng)的無功需求，改善功率因數(shù)，濾除系統(tǒng)諧波，減少向系統(tǒng)注入諧波電流，穩(wěn)定母線電壓，降低三相電壓不

10、平衡度，提高供電系統(tǒng)承受諧波能力。而其中以自飽和電抗型的效果最好，其電子元件少，可靠性高，反響速度快，維護(hù)方便經(jīng)濟(jì)，且我國一般變壓器廠均能制造。 2.2.8 線路調(diào)控：電路的多重化、多元化，抵消諧波分量，降低諧波成分。其他在電源隔離、輻射干擾等領(lǐng)域也在逐步改良。 3 結(jié)語 供電系統(tǒng)在保證電力可靠供給，效勞經(jīng)濟(jì)社會(huì)開展的同時(shí)，也肩負(fù)著保人身、電網(wǎng)、設(shè)備平安的重任，隨著中國經(jīng)濟(jì)的整體快速開展，要求逐步提高，變頻技術(shù)性能的完善、長期可靠性以及減少對電網(wǎng)產(chǎn)生的污染等還有很長的路要走，我們在智能電網(wǎng)高效運(yùn)行的推進(jìn)中，還要進(jìn)一步優(yōu)化核心變頻技術(shù)的控制方式、完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降低諧波污染等。將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍之內(nèi)以到達(dá)抑制電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量。 參考文獻(xiàn)： 【1】 唐利.變頻調(diào)速