電源諧波抑制問題


       近年來,隨著電力電子技術的快速發展,開關電源的應用越來越廣泛。一方面開關電源正朝著高可靠性和小型化的方向發展;另一方面,電力電子裝置本身的功率容量和功率密度也在不斷提高,比如智能電焊機、光伏發電、變頻器、伺服控制系統等等,而開關電源中的大功率開關管在高頻的開、關運行時必然會產生高次諧波和電磁干擾,注入到電網中,危及電網和系統本身的穩定。現在國內外抑制諧波的方法主要有無源濾波和有源濾波兩種方式,國內外對諧波的分析和抑制都有相當多的文獻報道,特別是對有源濾波器的研究。雖然有源濾波器在理論上濾波效果較好,但由于其技術復雜、成本較高,目前實際應用比較少。在大多數情況下,抑制諧波仍然采用無源濾波的方式,無源濾波一方面可以抑制諧波,另一方面有無功補償的作用。

       目前諧波已經成為開關電源與電子系統能否在應用現場正常可靠運行的主要障礙之一。歐美國家在1996年已制定了相關標準并強制嚴格執行,不符合其標準的電氣產品不準進入市場。我國也在2003年制定了相應的標準,并在少數城市實行了對用戶諧波含量超標進行一定處罰的制度,因此對開關電源諧波的研究目前顯得尤為重要。

1、諧波對電力系統的危害主要有:

      (1)對旋轉電機產生附加功率損耗和發熱,并可能引起振動。

     (2)對無功補償電容器組引起諧振或諧波電流的放大,導致電容器因過負荷或過電壓而損壞;對電力電纜也會造成過負荷或過電壓擊穿。

     (3)增加電網的損耗。當發生諧振或放大時損耗可達到相當大的程度。

     (4)對繼電保護、自動控制裝置、信息機造成誤動作和干擾。

     (5)諧波增加電度表本身的誤差,用戶既吸收基波無功又吸收諧波功率。

2、電源諧波的抑制方法

      開關電源諧波的抑制可分為預防性和補救性兩類。預防性是在設計開關電源時根據設計要求用有效的過程和方法來控制開關管,但是無論用何種先進的控制策略,諧波成分是不可避免的,補救性的解決方法是為了克服系統已經存在諧波成分所采用的技術,目前所用辦法是用濾波器(無源濾波器、有源濾波器),有源濾波器在國內外有相當多的文獻從理想的角度去研究,但是在實際應用中是非常困難的,比如系統諧波含量的檢測、抵消諧波含量的多少、實時性并且有源濾波器又有開關器件其自身又產生諧波等等,因此從制作成本和控制方法看無源濾波器是非常適用的,在設計時考慮一定的裕量,可以設計為較通用的濾波裝置。


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