高压大功率变频器的谐波分析

　　1 引言

　　由于大功率风机、水泵的变频调速方案可以收到显著的节能效果，具有重大的经济效益，因此，高压大功率变频调速技术的研究已发展成为各国节能事业的主导方向之一。电力电子变流电路仍然是变频技术的核心，由于电力电子器件都工作于开关状态，由这些电路构成的装置已成为电力系统中的主要谐波源，变频器输出的谐波电流会引起谐振和谐波电流放大，危害旋转电机和变压器，影响继电保护和电力测量准确性。近年来，围绕抑制谐波电流，研究人员在电路结构和控制技术等方面提出了不同的整流和逆变方案，形成了多样化的大功率变频技术。

　　本文系统地归纳了高压大功率变频器的结构，研究了各类变频器的谐波抑制原理，深入分析了高压大功率变频器的输入、输出谐波，并以ieee-519规定为标准，进行了比较研究，为变频器的选择提供了参考。

　　2 谐波抑制标准(ieee-519)简介

　　为了限制变流装置及非线性负载对电力系统的谐波干扰，世界各国及相关组织都制定了有关标准，以保证电网的供电质量。其中最具权威性的是美国电气和电子工程协会(ieee)制定并作为美国国家标准(ansi)的ieee-519。该标准详细分析了波形畸变的原因及其影响;确定了判别畸变程度的参量;制定了对电力系统中波形畸变的限制;介绍了波形畸变的分析方法和控制措施等，对从事大功率变频调速系统开发和应用的工程技术人员具有指导性的作用。

　　ieee-519中的限制均是针对系统稳态运行时提出的“最差”条件，暂态过程中允许出现超过此标准的情况。表1列出了ieee-519对电压谐波的限制标准。

　　表2列出了低于6.9kv的供电系统中，在不同的短路比(短路比scr定义为最大短路电流is与平均设定最大负载电流il之比)条件下，其谐波电流值和总谐波畸变系数(thd)值的限制，而偶次谐波限制在奇次谐波的25%以下。因此，按照电力电子装置容量与电力系统短路容量之比，正确选择主电路联结形式(等效相数、脉波数)和控制方式，就十分重要。

　　3 高压变频器输入谐波分析

　　3.1 多脉动整流抑制输入谐波的基本原理

　　多重移相叠加技术是由a.kernick等人早在1962年提出的。该技术采用脉动宽度为60°的6脉动三相全波整流(或等效三相全波整流)作为基本单元，使m组整流电路的交流侧电压依次移相α=60°/m，则可组成脉动数为p=6m的多脉动整流。其脉动数p、组数m、移相角α及对应的谐波次数h之间的关系如表3所示。