电源谐波抑制问题


       近年来,随着电力电子技术的快速发展,开关电源的应用越来越广泛。一方面开关电源正朝着高可靠性和小型化的方向发展;另一方面,电力电子装置本身的功率容量和功率密度也在不断提高,比如智能电焊机、光伏发电、变频器、伺服控制系统等等,而开关电源中的大功率开关管在高频的开、关运行时必然会产生高次谐波和电磁干扰,注入到电网中,危及电网和系统本身的稳定。现在国内外抑制谐波的方法主要有无源滤波和有源滤波两种方式,国内外对谐波的分析和抑制都有相当多的文献报道,特别是对有源滤波器的研究。虽然有源滤波器在理论上滤波效果较好,但由于其技术复杂、成本较高,目前实际应用比较少。在大多数情况下,抑制谐波仍然采用无源滤波的方式,无源滤波一方面可以抑制谐波,另一方面有无功补偿的作用。

       目前谐波已经成为开关电源与电子系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。欧美国家在1996年已制定了相关标准并强制严格执行,不符合其标准的电气产品不准进入市场。我国也在2003年制定了相应的标准,并在少数城市实行了对用户谐波含量超标进行一定处罚的制度,因此对开关电源谐波的研究目前显得尤为重要。

1、谐波对电力系统的危害主要有:

      (1)对旋转电机产生附加功率损耗和发热,并可能引起振动。

     (2)对无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流的放大,导致电容器因过负荷或过电压而损坏;对电力电缆也会造成过负荷或过电压击穿。

     (3)增加电网的损耗。当发生谐振或放大时损耗可达到相当大的程度。

     (4)对继电保护、自动控制装置、信息机造成误动作和干扰。

     (5)谐波增加电度表本身的误差,用户既吸收基波无功又吸收谐波功率。

2、电源谐波的抑制方法

      开关电源谐波的抑制可分为预防性和补救性两类。预防性是在设计开关电源时根据设计要求用有效的过程和方法来控制开关管,但是无论用何种先进的控制策略,谐波成分是不可避免的,补救性的解决方法是为了克服系统已经存在谐波成分所采用的技术,目前所用办法是用滤波器(无源滤波器、有源滤波器),有源滤波器在国内外有相当多的文献从理想的角度去研究,但是在实际应用中是非常困难的,比如系统谐波含量的检测、抵消谐波含量的多少、实时性并且有源滤波器又有开关器件其自身又产生谐波等等,因此从制作成本和控制方法看无源滤波器是非常适用的,在设计时考虑一定的裕量,可以设计为较通用的滤波装置。


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