分析电力电子装置谐波产生的原因及其危害.pdf

电力电子技术的迅速发展，使得电力电子装置如整流器、交流调压器等被广泛应用于冶金、化工、煤炭和运输等多个领域中，这些装置的运行在提高生产自动化水平的同时，也带来了“电网污染”问题。其主要表现为电力电子装置向电网注入大量谐波和无功功率，导致电网电能质量下降，这一现象逐渐成为电力电子技术发展的重要障碍。 谐波的产生主要是由于电力电子装置中的非线性负载和大容量功率变换器所导致的。尤其是整流装置，它们采用二极管不控整流或晶闸管相控整流，这会产生较大的谐波污染和无功功率消耗。谐波电流在电网中的流动将引起多种危害，如增大输电电缆损耗、降低输电能力、加速绝缘老化，以及引起电动机效率降低、变压器绕组过热、电容器损坏等问题。此外，谐波还会干扰大功率电动机的励磁系统，影响电子设备的正常工作，包括电气测量仪表、继电保护和自动装置的误动作，以及计算机和自动控制系统运行不正常等。 为了抑制谐波污染，首先需要从电力电子装置本身入手，通过结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除谐波。当前使用的技术包括多脉波变流技术、脉宽调制技术(PWM)和多电平变流技术。多脉波变流技术通过增加变流器脉波数来减少谐波含量，脉宽调制技术通过控制输出波形的转换时刻来消除特定谐波，多电平变流技术则利用方波电流或电压叠加的方式，生成接近正弦波的阶梯波形。 除了在变流装置结构上进行优化，还可以通过安装电力滤波器来提高滤波性能。电力滤波器分为无源电力滤波器(PPF)和有源电力滤波器(APF)。无源电力滤波器通常由电容和电抗器组成LC调谐电路，它能为谐波提供低阻通路，起到滤波作用，并补偿无功功率。然而，PPF存在一些缺点，如只能滤除特定次谐波、谐波补偿频带窄、过载能力小、适应性较差和体积大等。有源电力滤波器则通过检测电网中的谐波电流，控制逆变电路产生相应的补偿电流，从而消除谐波。APF不仅能补偿各次谐波，还能抑制电压闪变，补偿无功电流，具有较高的性价比，且具备自适应功能，能实时补偿幅值和频率变化的谐波。 混合型电力滤波器结合了无源滤波器和有源滤波器的优势，利用有源滤波器隔离高次谐波，而对基波无影响。这种组合提高了滤波器的效率，降低了总体成本。 在治理谐波污染的同时，还需要加强电网的科学化、法制化管理，确保电力电子装置的合理运用。通过上述措施，电力电子技术将能够减少对电网的负面影响，为实现高效、稳定的电力供应提供保障。在技术探索与应用的过程中，对于LabVIEW这样的数据采集与控制软件平台的应用研究，也将为谐波的测量、监控及治理提供更多可能性。LabVIEW平台能实现谐波的实时监测与分析，为滤波器的设计和优化提供数据支持，进一步推动电力电子技术的发展。