关于供电电网对电压源型变频器运行的影响研究

张剑

摘要：在电压源型变频器中时常会出现三相输入电流不平衡的现象，也经常因为变频器过流或者是过压而导致内部器件损坏的现象。本文将从功率的角度和低频的角度出发，分析影响电压源型变频器工作特征的原因，提出一些能够帮助电压源型变频器的研发者和使用者规避分析风险的措施，提升变频器工作的稳定性能。

关键词：电压源型变频器;影响因素;解决措施

当前，不断推进的工业自动化让社会制造业得以快速发展，提升企业生产运作中的经济效益。在控制调速交流电机中，变频器有着不可取代的作用。若是在设计研发变频器的时候没有注重电网因素，那么就会导致变频器在运用过程中出现异常，缩短使用寿命。制造大功率变频器的成本十分高，且维护的成本也比较昂贵，对于电网中的相关参数十分敏感，所以研究人员在研究中需要充分掌握电网中的参数，明白电网参数对变频器的影响，最大限度的提升变频器适应性。

1.变频器受到电网不平衡的影响

在电网运行中，最常见的一种现象是电网不平衡现象，在一般情况下，是由于各相电源在使用过程中所携带的负荷不均匀而导致的，这种现象对变频器的危害是特别大的。在三相电力系统之中，常说的不平衡度主要指的就是在系统之中的三相电压的不平衡程度，其表现形式主要是出现不同的三相电压幅值，也会出现相位差非120°，也可能会同时出现这两种现象。在进行表示的时候，主要是利用正序基波分量和电压负序基波分量的均方根百分比进行表示。

1.1变频器受负序电压的影响

1.1.1仿真分析

通过利用仿真分析的方法分析负序电压对于变频器的影响，主要方法是将幅值不同的负序电压加入到电源模块当中，用来检测所有的硬件。通过对结果的观察发现，当相位为-84°的时候，变频器受到负序电压影响最厉害。所以在进行仿真分析的时候，三相电压的相位全部都设定在-84°上。比如供电系统的电网是380V/50Hz的时候，这时是无限大短路容量电网，它的仿真模型便可以用来对负序电压的幅值以及对初始相位进行配置。电流电感的用途是对线路电感和输入电感进行模拟，直流电感的用途是对变频器电感进行模拟。因为整流桥的二极管无论在什么时候，都只允许最大线的电压通过，所以，线电压的不均衡将会直接导致三相整流桥出现不均衡的换相时间以及不均衡的导通时间，更进一步的导致出现不平衡的三相电流。当三相电流的分布呈现出与基准电流的趋势相偏离的时候，电流谐波的测量结果也会相应的出现与设计指标要求相偏离。

1.1.2原因分析与处理措施

在理想状态下，电网的工程情况应该是将自然换相角度控制在30°，负序分量的出现导致三相线低压的相位和大小出现了不同程度的变化，所以，三相电网的导通时间以及其换相角度也发生了变化。导通时间比较长的相，其对应的电流值是要超出额定值的，导通时间比较短的相，其对应的电流值是不会超出额定值的。三相电流具有明显的不对称性，也正是因为这个特性让电流谐波输入到二极管中，除了常规的五次和七次之外，还会出现很多的三次以及九次等奇数次谐波。在二极管输出端的直流侧电流之中，排除300Hz交流分量以外和比较常规的直流分量以外，还存在着100Hz以及200Hz的谐波分量。当电网内的不平衡度上升的时候，谐波分量的含量就会产生，当交流分量超过300Hz的时候，就会被它的母线电容器吸收，进而导致纹波电流在流经电容器时过大。

为了防止出现器件损坏的现象，可以采取以下方法：第一，选用PWM整流的方式，有效的避免三相电流不平衡现象;第二，在于电网低压进行平衡的时候，可以增加输入电抗器感抗，这样做还有降低器件波纹电流的作用，提升变频器中的器件设计裕量。第三，在规划整个电力系统的时候，要尽可能的将三相负载的大小予以平衡;

1.2变频器受零序分量影响

倘若电网中只有零序分量，而没有负序分量的时候，这时线电压将不会受到零序分量的影响，所以变频器就相当于在理想的状态之下运行。举个例子来讲，当电网三相的相电压分别有376sin（ωt+110°）、286sin（ωt-140°）、286sin（ωt）的时候，电网中便包含有310V幅值的正序分量以及57.3V幅值的零序分量，变压器在运行过程中的结果正如理想状态下的仿真结果是一致的。

在一般的情况下，电网中的零序分量便可以利用△/Y型变压器实现隔离，这样便可以降低零序分量在电网中的传播，也会降低对用线电压供电系统的危害。若是从用电安全的角度考虑，也需要特别注重零序分量，避免引起零序电流。

2.变频器受到线路阻抗的影响

在变频器研究中，比较容易忽视的一个因素就是线路阻抗，在比较经典的拓扑结构之中，电网短路的容量是比较大的，电缆没有阻抗。但是在应用大功率的场合之下，整个系统的线路阻抗将会成为最关键的参数。

2.1评估线路阻抗

对于评估线路的阻抗是变频器研究的重点，电网专家要对配电变压器的上一级电路作出研究，专家研究的电路一般情况下具有比较大的配电容量，如果数据不准确时可以近似的理解成理想电网。配电变压器对变频器供电，通过铭牌就能够清晰的掌握它的容量以及它的短路阻抗。将对于变压器的漏感进行折算，计算到标幺值之中。

2.2变频器受到线路阻抗的影响

2.2.1系统中的串并联谐振频率

系统中若是含有静止式无功补偿装置的时候，线路的阻抗就会和无功补偿装置进行配合，从而将整个系统的串并联谐振频率降低。当出现新的谐振频率与电网谐波电压频率相接近的时候，串并联谐振会引起母线的电压过度上升，进而破坏变频器。相同的道理，LCL滤波器在PWM整流器之中，也会经常性的出现谐振频率改变的情况，一般是因为系统阻抗而导致。

2.2.2变频器的输入端电压

在有的用电现场之中，变频器会有比较长的输入电缆，倘若是只考虑电缆的载流量而忽视电缆的电阻时，就会导致电缆因为受到过大的压降而迫使变频器的输入一段出现低压过低现象。

2.2.3变频器输入感性电流的比例

倘若是配电变压器拥有比较长的电缆或者是拥有比较大的短路阻抗，那么线路上就会有比较大的杂散电感，导致在变频器中的输入电流中的感性电流比例呈现出上升趋势，这会导致系统的位移因数降低，提升感性的无功损耗，进而导致变频器中的母线电容器电压下降。

结束语

本文主要从电网失衡，线路阻抗两个方面进行分析，探究在电网中的某些特性对于变频器电流以及谐振的不良影响。在文章中所提及到的部分解决方案也希望能够为研究者提供参考价值，在设计研发变频器时增强其稳定性能。

参考文献：

[1]罗世界， 王维博， 刘勇，等. 高速牵引供电系统建模及其运行参数对电网谐波的影响[J]. 电气技术， 2017， （02）：31-35.

[2]楊之翰，李梦柏，向往，等.基于无闭锁直流自耦变压器的LCC-HVDC与VSC-HVDC互联系统[J]. 电工技术学报， 2018， （02）：249-260.

[3]蔡长虹，江启芬.一种无变压器耦合的单相串联型有源电压治理装置研发[J]. 电气传动自动化， 2017， （05）：15-19.

[4]竺庆茸，李晗，李先允. 含光伏的主动配电网非对称故障条件下对并网点电压影响的研究[J]. 电测与仪表， 2019， （04）：41-42.

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