大容量變頻器高次諧波的預(yù)防措施

對小容量的通用變頻器，高次諧波很少成為問題，但當(dāng)使用的變頻器容量大或數(shù)量多時，往往就會產(chǎn)生高次諧波電流和高次諧波干擾問題，因此對于高次諧波先采取適當(dāng)?shù)膶Σ吆皖A(yù)防措施是非常重要的。

1、改善變頻器結(jié)構(gòu)

可以從變頻器自身硬件結(jié)構(gòu)或者整個變頻系統(tǒng)的構(gòu)建方式和設(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、無功等污染。

(1)變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立，或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器。

(2)在整流環(huán)節(jié)采用多重化技術(shù)，提高脈波數(shù)，可以有效地提高特征諧波次數(shù)，降低特征諧波幅值。對于大容量晶閘管變頻器可以采取這種方法，利用多重化抑制流向電源側(cè)的高次諧波。

(3)采用高頻整流電路，改善整流波形，提高功率因數(shù)，直流電壓可調(diào)節(jié)。

(4)逆變環(huán)節(jié)采用高開關(guān)頻率高的電力電子器件，如MOSFET，IGBT等，可以提高載波頻率比，抑制變頻器輸出端的高頻諧波。

(5)在逆變環(huán)節(jié)采用多重化技術(shù)，提高脈波數(shù)，使輸出的電流電壓波形更加接近正弦波。但重數(shù)越多電路越復(fù)雜，可靠性會隨之降低，三重化電路可以兼顧輸出波形質(zhì)量和設(shè)備可靠性，較理想。

2、采用合適的控制策略

從變頻器控制器這一點出發(fā)，可采用更合適的控制策略或者在原來的控制策略基礎(chǔ)上作點優(yōu)化和改進(jìn)，原理上更大限度地減少諧波的產(chǎn)生。以實際應(yīng)用中常用的正弦脈寬調(diào)制法(SPWM)法和特定消諧法(SHE)法為例。

根據(jù)SPWM基本理論，當(dāng)調(diào)制波頻率為fr，載波頻率為fc，載波頻率比N=fc/fr，單極性SPWM控制在輸出電壓中產(chǎn)生N-3次以上的諧波，雙極性SPWM控制在輸出電壓中產(chǎn)生N-2次以上的諧波。比如，N=25，采用單極性SPWM控制，低于22次的諧波全被消除，采用雙極性SPWM控制，低于23次的諧波全被消除。但輸出電壓頻率較高的時候，由于受到元件開關(guān)頻率的限制，N值不可能大，SPWM控制的優(yōu)勢就不太明顯了，這個時候選擇SHE法可以在開關(guān)次數(shù)相等的情況下輸出質(zhì)量較高的電壓、電流，降低了對輸入、輸出濾波器的要求。

3、采取濾波電路

在變頻器外部采取措施，綜合考慮變頻器注入電網(wǎng)的特征諧波以及個別變頻器的特有非特征諧波特性，制訂濾波方案對污染源進(jìn)行治理。也即通常說的先污染，后治理。只用濾波器效果并不理想，與上述二類方法配合作用更見效。

(1)若變頻器輸入側(cè)沒有裝設(shè)專用變壓器，可在輸入側(cè)接入交流電抗器(ACL)使整流阻抗增大，抑制高次諧波電流。

(2)在變頻器和電網(wǎng)系統(tǒng)間的電力回路中使用交流濾波器。交流濾波器有調(diào)諧濾波器和二次型濾波器，調(diào)諧濾波器用于單次諧波的吸收，而二次型濾波器則適用于多個高次諧波的吸收，一般兩者組合使用，消除某個單次諧波同時濾除某次及以上的諧波。

(3)在變頻器輸出端加LC濾波器可以濾除變頻器輸出的高次諧波，且可以延長PWM的上升沿，減小dV/dt，從而抑制變頻輸出過電壓。如果采用LC濾波器接外殼，還可以濾除變頻器輸出的零序分量，避免零序電壓經(jīng)定子繞組與定、轉(zhuǎn)子邊的寄生電容產(chǎn)生的電流對電機(jī)等設(shè)備造成損失。

審核編輯 黃宇