如何防范和解決諧波對高頻開(kāi)關(guān)電源造成的影響

在電力系統中，直流電源作為繼電保護、自動(dòng)裝置以及一二次設備操作電源使用，是發(fā)電廠(chǎng)和變電站非常重要的設備。近年來(lái)，系統內因直流電源故障而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生，所以，對直流電源的可靠性、穩定性具有很高的要求。傳統的直流電源多數采用可控硅整流型。隨著(zhù)高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的成熟，目前高頻開(kāi)關(guān)電源已在電力系統內逐步開(kāi)始取代傳統硅整流充電機。高頻開(kāi)關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于電力發(fā)電廠(chǎng)、變電站(所)、工業(yè)生產(chǎn)、交通等直流系統及相關(guān)配套裝置中，是斷路器分合閘用電、后備電池充電以及二次回路的儀器儀表等低壓設備用電設備正常工作的動(dòng)力核心。

高頻開(kāi)關(guān)電源的工作原理

交流電源接入整流模塊，經(jīng)濾波及三相全波整流器后變成直流，再接入高頻逆變回路，將直流轉換為高頻交流，最后經(jīng)高頻變壓器、整流橋、濾波器后輸出平穩直流。

高頻開(kāi)關(guān)電路主要由整流濾波電路，全橋變換電路，PWM控制電路，穩壓、限壓電路，穩流、限流電路，保護電路，以及輔助電源電路等組成。

三相電網(wǎng)(或單相)電壓經(jīng)電源開(kāi)關(guān)后，進(jìn)行整流濾波，得到的520Vdc(單相為300Vdc)的平滑直流電壓供給逆變電路。

逆變電路主要由大功率IGBT模塊(或場(chǎng)效應MOSFET模塊)組成全橋變換電路。當PWM輸出控制信號通過(guò)隔離驅動(dòng)器分別驅動(dòng)功率模塊，兩組對角管分別交替導通，在高頻變壓器初級產(chǎn)生高頻脈沖電壓，次級電壓由高頻變壓器變壓后經(jīng)整流向負載提供能量。

輸出端分別接有穩壓、限流和穩流、限壓等反饋電路。當置于穩壓狀態(tài)時(shí)，穩壓和限流電路起作用，當輸出電壓升高或下降時(shí)，取樣電壓通過(guò)穩壓電路內部電壓比較器跟基準電壓比較，其誤差信號電壓加到PWM控制電路，使PWM輸出脈寬作相應變化，從而穩定輸出電壓，如負載電流過(guò)高時(shí)，限流電路工作，使輸出電流限制在限流設定值內。

同樣，在穩流狀態(tài)下，穩流電路作用，使輸出電流穩定在設定值內，而當過(guò)壓時(shí)，限壓電路使輸出電壓鉗位在限壓值。當有異常情況(如輸入過(guò)壓或欠壓，過(guò)流或過(guò)熱等)產(chǎn)生保護信號加到保護控制電路時(shí)，保護電路輸出一個(gè)電壓加到PWM電路，使PWM電路停止輸出，從而達到保護目的。電力系統諧波的來(lái)源

電力系統中諧波源是多種多樣的。主要有以下幾種：

⑴系統中的各種非線(xiàn)性用電設備如：換流設備、調壓裝置、電氣化鐵道、電弧爐、熒光燈、家用電器以及各種電子節能控制設備等。這些設備即使供給它理想的正弦波電壓，取用的電流也是非線(xiàn)性的，即有諧波電流存在。并且這些設備產(chǎn)生的諧波電流也會(huì )注入電力系統，使系統各處電壓產(chǎn)生諧波分量。這些設備的諧波含量決定于它本身的特性和工作狀況，基本上與電力系統參數無(wú)關(guān)，可視為諧波恒流源。

⑵供電系統本身存在的非線(xiàn)性元件是諧波的又一來(lái)源。這些非線(xiàn)性元件主要有變壓器激磁支路、交直流換流站的可控硅控制元件、可控硅控制的電容器、電抗器組等。

⑶如熒光燈、家用電器等的單個(gè)容量不大，但數量很大且散布于各處，電力部門(mén)又難以管理的用電設備。如果這些設備的電流諧波含量過(guò)大，則會(huì )對電力系統造成嚴重影響，對該類(lèi)設備的電流諧波含量，在制造時(shí)即應限制在一定的數量范圍之內。

⑷發(fā)電機發(fā)出的諧波電勢。發(fā)電機發(fā)出諧波電勢的同時(shí)也會(huì )有諧波電勢產(chǎn)生，其諧波電勢取決于發(fā)電機本身的結構和工作狀況，基本上與外接阻抗無(wú)關(guān)。故可視為諧波恒壓源，但其值很小。

電力系統中諧波的出現，對于電力系統運行是一種“污染”。它們極大的降低了系統電壓正弦波形的質(zhì)量，同時(shí)對高頻開(kāi)關(guān)電源也有很大的影響。

諧波對高頻開(kāi)關(guān)電源影響實(shí)例

⑴2008年10月，某供電公司110kV變電站進(jìn)行1#主變壓器更換工作。

該站充電機電源正常由1#所用主變供電，10kV母聯(lián)和低壓母聯(lián)均在斷開(kāi)位置，由于10kV I段母線(xiàn)未帶鋼廠(chǎng)負荷，高頻充電機運行正常。在1#主變更換期間，全站10kV負荷和低壓負荷全部由2#主變所帶，而10kV II母線(xiàn)帶有兩回鋼廠(chǎng)負荷，且該鋼廠(chǎng)未裝消諧裝置，當倒至此方