变频器的运行会产生高次谐波,主要原因是开关器件在开通和关断过程中产生的瞬时电流突变。这些谐波会对电力系统造成不良影响,因此需要采取相应的控制策略进行抑制。常见的控制策略包括采用滤波器、调整PWM调制方式和使用多电平逆变器等。
随着电力电子技术的飞速发展，变频器作为一种重要的电力电子器件，在工业生产、交通运输和建筑等领域得到了广泛应用，变频器的使用也带来了一些问题，其中最为突出的是变频器产生的电磁干扰（EMI）和高次谐波污染。
本文将详细介绍变频器高次谐波的成因及其对电力系统的影响，并提出相应的控制策略，以期为我国电力系统的稳定运行和节能减排做出贡献。
1、变频器高次谐波的成因
变频器主要由整流桥、滤波电容、逆变器等部分组成，当变频器工作时，交流电源经过整流桥转换为直流电压，然后通过逆变桥将其逆变为频率可调的交流电压输出给负载，在这个过程中，由于开关元件的通断作用，会产生一系列高频脉冲电流，从而产生高次谐波。
变频器的输入电流波形是非正弦波，其含有大量的谐波成分，这些谐波成分会在供电系统中传播，并对其他电气设备造成干扰，影响电力系统的正常运行。
2、变频器高次谐波对电力系统的影响
变频器高次谐波会对电力系统产生以下几方面的影响：
（1）增加电网损耗：高次谐波会使输电线路和变压器的电阻增大，导致电能损失增加；谐波还会使发电机、电动机等设备的铜损和铁损增加，降低设备效率。
（2）引起设备发热：高次谐波会使电机绕组温度升高，缩短设备使用寿命；谐波还会导致变压器油温上升，加速绝缘老化。
（3）干扰通信信号：高次谐波会侵入通信线路，对无线电广播、电视信号传输等造成干扰。
（4）影响继电保护装置：高次谐波会导致继电保护装置误动作或拒动，危及电力系统的安全运行。
3、变频器高次谐波的抑制方法
为了减小变频器高次谐波对电力系统的影响，可以采取以下几种措施：
（1）采用高性能滤波器：在变频器输入侧安装有源或无源滤波器，可以有效滤除谐波分量，改善电网质量。
（2）优化变频器参数设置：合理调整变频器的开关频率、占空比等参数，减少谐波的产生。
（3）选用优质开关器件：选择具有较高开关频率、较低导通电阻的IGBT、MOSFET等开关器件，降低谐波含量。
（4）提高电网抗干扰能力：加强电网结构设计，提高电网的抗干扰性能，减轻谐波对电力系统的危害。
变频器高次谐波对电力系统的影响不容忽视，在实际应用中，应充分了解变频器高次谐波的成因及危害，采取有效的抑制措施，以确保电力系统的稳定运行和节能降耗目标的实现。
知识拓展
在当今这个科技飞速发展的时代，变频器已经渗透到工业自动化、家用电器、交通运输等多个领域，成为现代工业不可或缺的一部分，变频器的应用范围极为广泛，涵盖了电力供应、冶金化工、船舶运输等多个行业，随着变频器技术的广泛应用，其产生的高次谐波问题也逐渐凸显，并对电网的稳定性和效率造成了不容忽视的影响。
谐波，作为一种频率为基波频率整数倍的正弦波分量，会在电力系统中引发诸多问题，在变频器中，由于电力电子器件的非线性特性，电流和电压波形会产生畸变，进而产生高次谐波，这些高次谐波不仅会对电网造成污染，还会降低电力系统的性能，影响设备的正常运行，甚至损坏设备。
变频器高次谐波的危害
1、对电网的污染：
高次谐波会污染电网，使得电网的波形畸变程度加剧，这种畸变会导致电网中的电压和电流波形偏离正弦波，增加了电网的损耗，降低了电网的可靠性和稳定性。
2、对电动机的影响：
高次谐波会对电动机的运行效能产生负面影响，由于谐波的存在，电动机的电流和电压波形发生畸变，使得电动机的磁场分布发生变化，进而导致电动机的转速和转矩发生波动，这不仅影响了电动机的运行效率，还可能导致电动机过热、振动和噪音增大等问题。
3、增加设备的磨损和损坏：
高次谐波会加速电气设备的老化过程，增加设备的磨损和损坏，谐波引起的电流和电压波动会导致设备的电气连接件松动、接触不良等问题，从而增加了设备发生故障的风险，谐波还可能引起设备的电磁干扰，进一步影响设备的正常运行和使用寿命。
解决变频器高次谐波问题的方法
1. 从变频器设计入手：
通过改进变频器的设计，可以降低谐波的含量，采用更高效的电力电子器件、优化电路布局、提高制造工艺等手段，都可以减小变频器产生的谐波。
2. 加强滤波技术：
在变频器输入端或输出端安装滤波器是有效的滤波方法，通过选择合适的滤波器类型和参数，可以有效地抑制谐波，提高输出电能的质量，还可以采用无源滤波或主动滤波等技术来进一步降低谐波含量。
3. 客户端的措施：
除了变频器厂商的努力外，用户也应注意使用技巧，在满足系统负载要求的前提下，合理选择变频器的容量和规格也是降低谐波影响的重要措施，在变频器运行过程中，用户应定期进行检查和维护，确保其处于良好的工作状态。
4. 新技术的研发与应用：
随着科技的不断发展，新的技术和算法不断涌现，基于人工智能和大数据技术的谐波预测和优化算法可以在源头上的变频器设计中实现和谐波的精准控制；采用多电平变换技术可以减小电力电子装置的谐波含量；而先进的控制策略如矢量控制、直接转矩控制等也可以提高变频器的运行性能并减少谐波的产生。
变频器产生的高次谐波问题已成为制约其广泛应用的主要瓶颈之一，为了解决这一问题，需要变频器厂商、用户以及科研机构共同努力，通过从设计、制造、使用以及新技术研发等多个方面入手共同应对这一挑战才能实现电网与设备的和谐共生推动社会的可持续发展。