变频器供电系统

随着变频器的广泛应用，变频器供电系统的谐波治理的意义逐渐被人们所认识。变频器供电电源按傅立叶级数可以分解为基波有功电游泳流，基波无功电流，谐波和间谐波电流。 

基波无功电流占用电网容量；导致网压波动；在供配电设施产生热损耗；降低了供配电设施运行可靠性。 谐波和间谐波的集肤效应使输电线等效截面积变小，线路损耗增加；铁芯中附加高频涡流损耗；谐波和间谐波电流导致网压波形畸变和辐射干扰，引起同一电网下其它负载出力减小，损耗增加，甚至误动作。

变频器用量较大的车间，用电容器直接进行无功力率补偿虽然可以大副度降低基波无功电流，但是必然出现谐波放大现象。这时，供电电流和电容器电流中谐波和间谐波电流大副度增加，电容器由于超温和过压而损坏，供电变压器温升加大。为避免谐波电流大副度增加，电容器由于超温和过压而损坏，供电变压器温升加大。为避免谐波放大，谐波治理与无功功率补偿必须同时进行。 

1、谐波的产生及危害

变频器是工业调速传动领域中应用较为广泛的设备。由于逆变电路的开关特性，变频器对其供电电源形成了一个典型的非线性负载。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。变频器在现场通常与其他设备（如计算机、传感器）同时运行，这些设备常常安装得很靠近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一。谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍。

谐波频率是基波频率的整倍数，根据傅立叶原理，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度和相角。谐波可以区分为偶次谐波和奇次谐波。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多、更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1（ 如5、7、11、13、17、19等）次谐波，变频器主要产生5、7次谐波。主要威胁对象如下:

对并联电容器的影响

首先，增加电容器损耗。谐波电流的存在，在电容器内产生附加功率损耗；其次，增加无功输出。由于谐波的存在，电容器发出的总无功，不仅包括基波无功，尚包括谐波无功；再次，会引起谐波过电压或过电流。谐波很容易引起电容器与系统间产生串联或并联谐振，造成电容器过电压或过电流。这是由于电容器装置的参数选择不当而发生的。

上述现象均可引起电容器过热或击穿，从而导致电容器损坏，甚至爆炸起火。而发生谐振现象，最为普遍且最严重。

对输电线路的影响：

谐波从广义上讲也是一种无功，同基波无功一样，在电网内的传输，会增加网络损耗。

对电缆的影响

由于电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，在电网低压时，当电网电压上升而使谐波电压也升高，电缆更容易出现故障。谐波引起电缆损坏的主要原因是局部放电、介损和温升的增大。电缆的额定电压愈高，谐波引起的危害愈大。

对断路器的影响

高次谐波含量较多的电流将使断路器的开断能力降低，这是因为当电流的有效值相同时，波形瞬变严重的电流，在电流过零点处电流变化率较大，消弧困难，导致断路器损坏，相对来说，真空断路器对谐波的影响则不太敏感。

对感应电动机的影响

一般主要是引起定子绕组过热，对绕线式转子是转子过热，降低输出功率，还引起噪声和振动。

对继电保护和自动装置的影响

引起误判断、误启动、误跳闸、拒动、误控制，常引起事故或扩大停电事故。

对计算机和数控设备的影响

计算机和数控设备是对某些形式的谐波影响相当敏感的电子器件，恶劣的电能质量可使其数据混乱、丢失记忆，程序破坏。谐波引起电脑、插件损坏的事故经常发生。

其它

谐波对常规表计，继电保护，自动装置，通信系统等的影响也是很大的。例如对继电保护，自动装置引起误动、拒动事故也是经常发生的，这里就不多加说明。

2 谐波的治理措施

治理谐波，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽、隔离、接地及滤波等技术手段，具体方法如下：

2.1 使用无源滤波器或有源滤波器

使用无源滤波器主要是改变特殊频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统；有源滤波器主要用于补偿非线性负载。

传统的方式多选用无源滤波器。无源滤波器出现最早，其结构简单，投资少，运行可靠性较高，运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。滤波器是传统的无源谐波抑制装置，它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除滤波外，还有无功补偿的作用。这种装置存在一些较难克服的缺点，主要是容易过载，在过载时会被烧损，可能造成功率因数过补偿。另外，无源滤波器不能受控，因此随着时间的推移，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。更重要的是，无源滤波器只能过滤一种谐波成分（ 如有的滤波器只能滤除三次谐波），如果过滤不同的谐波频率，则要分别用不同的滤波器，增加设备投资。

国内外有多种有源滤波器。有源滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源电力滤波器（APF）理论在二十世纪六十年代形成，后来随着大中功率全控型半导体器件的成熟、脉冲宽度调制（PWM）控制技术的进步以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器得以迅速发展。其基本原理是，从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流频谱，以抵消原线路谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量。其中核心部分是谐波电流发生器和控制系统，即其工作靠数字信号处理（DSP）技术控制快速绝缘双极晶体管（IG-BT）来完成。

APF电力有源滤波装置可以动态响应，跟踪吸收谐波电流，有效解决谐波污染问题，能够增加用电设备的利用率，稳定电网电压，显著改善电能质量，节约能源。投入运行后快速响应，动态改善总谐波畸变率，无需人工干预。这些都是无源滤波装置无法比拟的。

APF有源滤波装置不会对系统的其它设备产生影响，不会危害电网安全，滤波装置本身安全可靠工作。谐波不会引起滤波装置与系统产生谐振，确保装置和系统的安全。