關于供電電網對電壓源型變頻器運行的影響研究

張劍

摘要：在電壓源型變頻器中時常會出現三相輸入電流不平衡的現象，也經常因為變頻器過流或者是過壓而導致內部器件損壞的現象。本文將從功率的角度和低頻的角度出發，分析影響電壓源型變頻器工作特征的原因，提出一些能夠幫助電壓源型變頻器的研發者和使用者規避分析風險的措施，提升變頻器工作的穩定性能。

關鍵詞：電壓源型變頻器;影響因素;解決措施

當前，不斷推進的工業自動化讓社會制造業得以快速發展，提升企業生產運作中的經濟效益。在控制調速交流電機中，變頻器有著不可取代的作用。若是在設計研發變頻器的時候沒有注重電網因素，那么就會導致變頻器在運用過程中出現異常，縮短使用壽命。制造大功率變頻器的成本十分高，且維護的成本也比較昂貴，對于電網中的相關參數十分敏感，所以研究人員在研究中需要充分掌握電網中的參數，明白電網參數對變頻器的影響，最大限度的提升變頻器適應性。

1.變頻器受到電網不平衡的影響

在電網運行中，最常見的一種現象是電網不平衡現象，在一般情況下，是由于各相電源在使用過程中所攜帶的負荷不均勻而導致的，這種現象對變頻器的危害是特別大的。在三相電力系統之中，常說的不平衡度主要指的就是在系統之中的三相電壓的不平衡程度，其表現形式主要是出現不同的三相電壓幅值，也會出現相位差非120°，也可能會同時出現這兩種現象。在進行表示的時候，主要是利用正序基波分量和電壓負序基波分量的均方根百分比進行表示。

1.1變頻器受負序電壓的影響

1.1.1仿真分析

通過利用仿真分析的方法分析負序電壓對于變頻器的影響，主要方法是將幅值不同的負序電壓加入到電源模塊當中，用來檢測所有的硬件。通過對結果的觀察發現，當相位為-84°的時候，變頻器受到負序電壓影響最厲害。所以在進行仿真分析的時候，三相電壓的相位全部都設定在-84°上。比如供電系統的電網是380V/50Hz的時候，這時是無限大短路容量電網，它的仿真模型便可以用來對負序電壓的幅值以及對初始相位進行配置。電流電感的用途是對線路電感和輸入電感進行模擬，直流電感的用途是對變頻器電感進行模擬。因為整流橋的二極管無論在什么時候，都只允許最大線的電壓通過，所以，線電壓的不均衡將會直接導致三相整流橋出現不均衡的換相時間以及不均衡的導通時間，更進一步的導致出現不平衡的三相電流。當三相電流的分布呈現出與基準電流的趨勢相偏離的時候，電流諧波的測量結果也會相應的出現與設計指標要求相偏離。

1.1.2原因分析與處理措施

在理想狀態下，電網的工程情況應該是將自然換相角度控制在30°，負序分量的出現導致三相線低壓的相位和大小出現了不同程度的變化，所以，三相電網的導通時間以及其換相角度也發生了變化。導通時間比較長的相，其對應的電流值是要超出額定值的，導通時間比較短的相，其對應的電流值是不會超出額定值的。三相電流具有明顯的不對稱性，也正是因為這個特性讓電流諧波輸入到二極管中，除了常規的五次和七次之外，還會出現很多的三次以及九次等奇數次諧波。在二極管輸出端的直流側電流之中，排除300Hz交流分量以外和比較常規的直流分量以外，還存在著100Hz以及200Hz的諧波分量。當電網內的不平衡度上升的時候，諧波分量的含量就會產生，當交流分量超過300Hz的時候，就會被它的母線電容器吸收，進而導致紋波電流在流經電容器時過大。

為了防止出現器件損壞的現象，可以采取以下方法：第一，選用PWM整流的方式，有效的避免三相電流不平衡現象;第二，在于電網低壓進行平衡的時候，可以增加輸入電抗器感抗，這樣做還有降低器件波紋電流的作用，提升變頻器中的器件設計裕量。第三，在規劃整個電力系統的時候，要盡可能的將三相負載的大小予以平衡;

1.2變頻器受零序分量影響

倘若電網中只有零序分量，而沒有負序分量的時候，這時線電壓將不會受到零序分量的影響，所以變頻器就相當于在理想的狀態之下運行。舉個例子來講，當電網三相的相電壓分別有376sin（ωt+110°）、286sin（ωt-140°）、286sin（ωt）的時候，電網中便包含有310V幅值的正序分量以及57.3V幅值的零序分量，變壓器在運行過程中的結果正如理想狀態下的仿真結果是一致的。

在一般的情況下，電網中的零序分量便可以利用△/Y型變壓器實現隔離，這樣便可以降低零序分量在電網中的傳播，也會降低對用線電壓供電系統的危害。若是從用電安全的角度考慮，也需要特別注重零序分量，避免引起零序電流。

2.變頻器受到線路阻抗的影響

在變頻器研究中，比較容易忽視的一個因素就是線路阻抗，在比較經典的拓撲結構之中，電網短路的容量是比較大的，電纜沒有阻抗。但是在應用大功率的場合之下，整個系統的線路阻抗將會成為最關鍵的參數。

2.1評估線路阻抗

對于評估線路的阻抗是變頻器研究的重點，電網專家要對配電變壓器的上一級電路作出研究，專家研究的電路一般情況下具有比較大的配電容量，如果數據不準確時可以近似的理解成理想電網。配電變壓器對變頻器供電，通過銘牌就能夠清晰的掌握它的容量以及它的短路阻抗。將對于變壓器的漏感進行折算，計算到標幺值之中。

2.2變頻器受到線路阻抗的影響

2.2.1系統中的串并聯諧振頻率

系統中若是含有靜止式無功補償裝置的時候，線路的阻抗就會和無功補償裝置進行配合，從而將整個系統的串并聯諧振頻率降低。當出現新的諧振頻率與電網諧波電壓頻率相接近的時候，串并聯諧振會引起母線的電壓過度上升，進而破壞變頻器。相同的道理，LCL濾波器在PWM整流器之中，也會經常性的出現諧振頻率改變的情況，一般是因為系統阻抗而導致。

2.2.2變頻器的輸入端電壓

在有的用電現場之中，變頻器會有比較長的輸入電纜，倘若是只考慮電纜的載流量而忽視電纜的電阻時，就會導致電纜因為受到過大的壓降而迫使變頻器的輸入一段出現低壓過低現象。

2.2.3變頻器輸入感性電流的比例

倘若是配電變壓器擁有比較長的電纜或者是擁有比較大的短路阻抗，那么線路上就會有比較大的雜散電感，導致在變頻器中的輸入電流中的感性電流比例呈現出上升趨勢，這會導致系統的位移因數降低，提升感性的無功損耗，進而導致變頻器中的母線電容器電壓下降。

結束語

本文主要從電網失衡，線路阻抗兩個方面進行分析，探究在電網中的某些特性對于變頻器電流以及諧振的不良影響。在文章中所提及到的部分解決方案也希望能夠為研究者提供參考價值，在設計研發變頻器時增強其穩定性能。

參考文獻：

[1]羅世界， 王維博， 劉勇，等. 高速牽引供電系統建模及其運行參數對電網諧波的影響[J]. 電氣技術， 2017， （02）：31-35.

[2]楊之翰，李夢柏，向往，等.基于無閉鎖直流自耦變壓器的LCC-HVDC與VSC-HVDC互聯系統[J]. 電工技術學報， 2018， （02）：249-260.

[3]蔡長虹，江啟芬.一種無變壓器耦合的單相串聯型有源電壓治理裝置研發[J]. 電氣傳動自動化， 2017， （05）：15-19.

[4]竺慶茸，李晗，李先允. 含光伏的主動配電網非對稱故障條件下對并網點電壓影響的研究[J]. 電測與儀表， 2019， （04）：41-42.

郵寄地址：：福州市臺江區恒豐大廈23層04單元，范小丹18649704367