论变频器对电网运行质量的影响

摘要：新世纪以来，传统电力系统已经不能满足现在信息社会发展的需求，电力供需矛盾对电力系统的技术要求日益增强。变频器是电网运行调速系统的核心器件，以其自身所具有的调速范围广、精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确电网控制的应用中发挥着重要作用，成为推进智能电网运行关注的热点。

关键词：电网 运行质量 变频技术

变频器（inverter）在节能、进步产品质量、自动控制、增加设备使用寿命、环境舒适性等方面日益发挥着巨大作用，已广泛应用于电网运行系统，降低电机启动时造成的冲击载荷，达到软启动的目的，同时还能提高电网及电动机的效率，电容器、电动机、电网控制系统、初端及终端实际应用领域等等。变频器的诞生源于交流电机对无级调速的需求，随着静电感应晶体管、晶闸管、耐高压绝缘栅双极型晶闸管等部件的出现，电气技术有了日新月异的变化，随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络等高新技术发展，变频器控制方式有了很大发展，变频器调速技术也随之发展，但也产生了一些负面作用，深入研究开始逐渐凸现。

1 对电网产生污染或不良影响

1.1 大量变频器的广泛应用对电网造成的污染越来越严重，以谐波污染最为典型

通常谐波对容量相对较大的电力系统影响不很明显，而对容量小的电力系统，产生的干扰不可忽视，它对公用电网是一种污染。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，其对电力系统中电能质量有着重要的影响。变频器运行时，由于种种原因会产生谐波，此谐波反馈到电网时，会对电网产生污染，影响附近电器的正常运行。目前，国内电力电子装置应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源，其中就包括变频调速器。由于变频调速技术的不断扩大，谐波污染电力系统及四周设备的影响就日益严重，甚至造成其它电子设备不能正常工作，会危及电网安全经济运行，并影响电气设备的正常使用。

高次谐波：变频器采用的电路结构是“整流器—电容/电感器—逆变器”，无论是整流器或是逆变器都具有非线性特性，所以它会产生高次谐波。这种高次谐波会使输进电源的电压波形和电流波形发生畸变。假如不采取有效抑制措施，它对各种电气设备，自动化装置、计算机、计量仪器以及通讯系统均有不同程度的影响。对于供电线路来说，由于高次谐波的作用，恶化了电网质量指标，降低了电网的可靠性，增加了电网损失，缩短了电气设备的寿命。

也有一种说法认为变频器的高频输出电流，会使变频器的输出电流整体上有所增加，美国杂志上也曾有文阐述此事，特别是功率20hp以下电机和长支线电缆时，但国内运行实践未见有此报导，iec的各种标准对此也未提及。其他方面的不良影响也随着对变频器的深入研究开始逐渐凸现，如变频器的电磁兼容问题。

1.2 电网运行质量与变频器相辅相成：不合格电能对变频器本身的影响

电压偏移、闪变、畸变、电压的不平衡或者缺相、频率偏移等现象引起的电网波动对变频器运行造成的影响，产生的谐波对于电网质量有很严重的污染，变频器输出功率不足或者无法开机，对设备本身也有相当的破坏作用，电磁辐射干扰互相影响，轻则不能够连续正常运行，重则造成设备输入回路的损坏。

2 目前国内谐波已经解决的较好

2.1 适用的谐波标准因类、因时制宜

目前，变频器有各种保护功能，不管缺相，欠压，过流都能保护，其种类繁多，因类、因时适用标准。既能使用变频器，又能对配电电网实行无功补偿。我国由技术监督局于1993年发布了国家标准《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93），并从1994年3月1日起开始实施，内容包括如抗干扰标准辐射标准IECl等其他标准。

2.2 合适的调控策略

采用更合适的控制策略来优化或改进，可以更大限度地减少谐波的产生；单一的控制方式有着各自的缺点，如在实际应用中常用的正弦脉冲宽调制法（SPWM）和特定消谐法（SHE），电网扩容与技术改造、电网滤波、采用有载调压变压器和不间断电源、修改变频器参数设置，变频器输进侧加装有源PFC装置，效果最好，但本钱较高。多种控制方式相结合，因时因地制宜取长补短，从而达到降低谐波提高效率的功效。

2.2.1 数字化控制变频器，如采用单片机MCS51或80C196MC等，辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现更加完善的控制性能。

2.2.2 为了减小高次谐波产生的干扰，原则上应该对发生源（变频器）进行抑制。对小容量的变频调速器，高次谐波很少，当使用大容量时：装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波。

2.2.3 适用的电抗器（分交流电抗器（包括输进与输出电抗器）与直流电抗器）或者适度增加电抗器：如配电变压器输出电压三相不平衡，且不平衡率大于3%时，变频器输入电流峰值很大，会造成导线过热等，则此时需加装交流电抗器，严重时则需加装直流电抗器。

2.2.4 改善变频器结构使用理想化的无谐波污染的绿色变频器，绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载使都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出功率。改善变频器结构，减少变频系统注进电网的谐波、无功等污染。可从自身硬件结构或整个系统构建方式以及设备选择等方面考虑，从根本上减少变频系统注入电网的谐波、无功等污染。

2.2.5 滤波器：如正弦波滤波器，加装EMI滤波器dv/dt，还可以减少电磁噪声和损耗。主要用在电机绝缘水平相对比较弱的场合，其特性不受系统的影响，无谐波放大的危险，因而获得了广泛的应用。

2.2.6 进步变频器载波频率，可以有效抑制低次谐波。PWM输出的载波频率对电机的噪声有很大的影响，对变频器的干扰也有影响。所以只要载波频率足够大，较低次谐波就可以被有效地抑制。

2.2.7 加装无功功率静止型无功补偿装置：对于大型冲击性负荷，可装设无功功率的静止型无功补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求，改善功率因数，滤除系统谐波，减少向系统注入谐波电流，稳定母线电压，降低三相电压不平衡度，提高供电系统承受谐波能力。而其中以自饱和电抗型（SR型）的效果最好，其电子元件少，可靠性高，反应速度快，维护方便经济，且我国一般变压器厂均能制造。

2.2.8 线路调控：电路的多重化、多元化，抵消谐波分量，降低谐波成分。

其他在电源隔离、辐射干扰等领域也在逐步改进。

3 结语

供电系统在保证电力可靠供应，服务经济社会发展的同时，也肩负着保人身、电网、设备安全的重任，随着中国经济的整体快速发展，要求逐步提高，变频技术性能的完善、长期可靠性以及减少对电网产生的污染等还有很长的路要走，我们在智能电网高效运行的推进中，还要进一步优化核心变频技术的控制方式、完善结构设计、降低谐波污染等。将变频器产生的谐波控制在最小范围之内以达到抑制电网污染，提高电能质量。

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