电力电子设备谐波的危害及解决对策

辛 甜

（江苏大全凯帆电器股份有限公司，江苏 南京 211100）

0 引 言

在经济快速发展的大背景下，近年来，我国在电力系统中已经广泛应用了电力电子设备与变频技术。但是在此过程中产生了较多谐波，不仅在一定程度上污染了配电系统，而且严重影响了电网质量。这些谐波会加大电气设备出现事故的概率，对配电系统的安全性造成较大的威胁。因此，为了减少谐波对配电系统及用电设备有序运行造成的影响，必须采取有效的解决措施。

1 电力电子设备出现谐波的主要原因

对于谐波的研究工作，最初是在20 世纪20 年代开始的。静止弧变流器被德国应用后，电流波与电网电压等出现了畸变，随后电力设备中广泛应用了变频技术。为了更好的实现电流的调速功能，通常会在电网的工频电中使用变频器，进而逐渐将其变为多频率的交流电。交-直-交变频器在现阶段使用比较多，可以把交流电变为直流电，并最终转变成可调的三相交流电[1]。谐波出现的源头就是配电系统中的变频器。通过寻找触发规律来实现，一连串正负交替脉冲为输出电压时，在宽度变化下而发生的变化，就是SPWM逆变原理。其对电压型支流回路有着至关重要的影响，但在整流电路中，电容器电压可以保持恒定，电容器端的电压与输入电压的瞬时值相比较高，有一定的反压，需要整流器件承受。因此，电流必须在电容器端及输入电压瞬时值高时才能输入，如若不然，在电流持续情况中，就会在输入侧出现谐波。

2 谐波对电力电子设备造成的危害

2.1 低压开关设备

全电磁型的配电应用断路器受谐波电流的影响，会造成断路器出现发热现象，提高了铁的损耗，同时断路器也会出现脱扣困难等情况，受到了电磁铁、涡流等因素的严重制约。通常，若谐波出现次数较高，就会严重影响断路器设备。因为提升了铁的损耗，所以造成了额定电流、脱扣电流的降低，导致热磁型断路器出现发热，使导体出现了集肤效应。电子型断路器在检测峰值时，谐波的存在会大大降低电子型断路器的额定电流，导致额定电流的下降幅度较大[2]。

2.2 电动机

电动机在电力网络系统中属于一种重要的基础设备，整个电力网络系统的安全性与稳定性会直接受到电动机实际运行质量与效率的影响。谐波的出现会大幅提升异步电动机耗损的程度，不仅会导致电动机发生过热现象，还会降低电动机的生产效率，进而产生较大的损失、出现电力事故。电动机的内部在出现负序谐波时，会出现负序旋转磁场，因为有此种制动作用的制约，直接扭矩了同电动机设备的运行方向，从而逐渐降低了电动机的运行效率。

2.3 弱电系统设备

现阶段，我国建立的电力网络系统相对较为完善。但在实际运行过程中，电力网络系统在诸多因素影响下仍出现了较多不足。可通过经典感应电力电子设备谐波，将电磁感应耦合到电力网络系统中，但是会降低电力系统的安全性，影响弱电系统设备的稳定性。虽然谐波的相关干扰频率与电感应的强度之间缺乏直接联系，但谐波在公共接地下，仍会对弱电系统设备造成影响，从而降低弱电系统的稳定性，使一些不平衡电流转移到接地极。

3 谐波造成的影响

3.1 谐波对人体造成的不良影响

细胞若受到刺激，就会在细胞膜静息电位基础上，存在快速电波动及可逆翻转的现象，一直保持兴奋的状态，若其频率接近谐波频率，那么人们就会受到谐波电磁辐射的危害，影响身体健康，给人体的脑磁场及心磁场造成严重的影响。

3.2 谐波对供配电线路造成的影响

通常，为了保证供配电线路的稳定与安全运行，会应用电磁式继电器与感应式继电器，以对供配电变压器与线路进行有效保护。但电磁式继电器与感应式继电器等保护装置会受到电力电子设备谐波的干扰，容易出现拒动、误动等问题，对供配电线路的稳定运行与安全性造成了严重的影响[3]。

3.3 谐波对电力设备造成的影响

谐波一旦出现在电力电子设备中，就会严重影响电力设备，不仅会加大电流，还会增加相应的电容器端电压，造成了电容器功率的巨大损耗。如果在运行电力变压器的过程中出现谐波，就会大幅增加电力变压器的铜和铁的损耗。电力电子设备谐波频率越高，在电缆导线横截面面积较大情况下，电缆导线的允许电流就越小，电阻也会越大，从而影响整个电力网络系统的运行。

4 解决谐波对电力电子设备造成危害的有效措施

4.1 科学化管理

可采取法律约束与经济约束等手段，实现对电力电子设备谐波的有效治理。对过去电力电子设备谐波治理工作的局面进行有效转变，摒弃“先污染、后治理”的被动原则，转变为主动出击，对电力电子设备的谐波出现进行有效的预防。同时，应严格按照国家相关标准中的规定，对电力电子设备进行选择，加强对谐波含量指标的评定与检测，禁止投入使用不符合要求的电力电子设备。

4.2 谐波的被动抑制

LC 滤波器就是无源滤波器，滤波电路的组成包括电容、电阻及电感等，通常可及时消除多次或一次的滤波。根据具体的需求，在选择电力电容器时，可组合电阻器与电抗器，保障滤波效果的实现，给谐波提供并联低阻通路。无源滤波器具有诸多优势，包括维护便捷、运行可靠、结构简单等，因此其也是最为常见抑制谐波和无功补偿的手段[4]。此外，可在电容与电感之间用简单的无源滤波器结构进行串联，以此来对主要次谐波构成低阻抗旁路。高通、双调、单调滤波是无源滤波器最重要的组成部分，由于其维护较为方便，类型较多，所以特别受人们的欢迎。

4.3 主动抑制方案

要想合理地设计变流装置结构，就必须从变流装置进行分析，对其相关的辅助控制措施进行提升，以对电力电子设备的谐波进行有效降低。但是在谐波主动抑制方案中，仍存在成本高、效率低等问题，亟需解决。此外，在电力网络系统中，开关频率较高的设备也会导致PWM 信号的高次谐波，并出现干扰及传导高电平辐射。因此，对于谐波主动抑制方案，要做到及时清除电力电子设备中高次谐波信号，可借助EMI 滤波器设备来进行[5]。

5 结 论

在电力电子设备中，对于谐波的治理，需要从实际情况出发，降低谐波的出现，对设备进行有效的管理。因此，必须提高管理人员对谐波的认识，最大程度地避免谐波的危害。现阶段，抑制谐波的最主要设备就是无源滤波器，可大范围应用，对电力电子设备的安全、稳定运行有着不可忽视的作用。