表2列出了低于6.9kV的供電系統(tǒng)中，在不同的短路比（短路比SCR定義為最大短路電流IS與平均設(shè)定最大負(fù)載電流IL之比）條件下，其諧波電流值和總諧波畸變系數(shù)（THD）值的限制，而偶次諧波限制在奇次諧波的25%以下。因此，按照電力電子裝置容量與電力系統(tǒng)短路容量之比，正確選擇主電路聯(lián)結(jié)形式（等效相數(shù)、脈波數(shù)）和控制方式，就十分重要。

表2 IEEE-519對(duì)電流諧波的限制值

3 高壓變頻器輸入諧波分析

3.1 多脈動(dòng)整流抑制輸入諧波的基本原理

　　多重移相疊加技術(shù)是由A.Kernick等人早在1962年提出的。該技術(shù)采用脈動(dòng)寬度為60°的6脈動(dòng)三相全波整流（或等效三相全波整流）作為基本單元，使m組整流電路的交流側(cè)電壓依次移相α＝60°/m，則可組成脈動(dòng)數(shù)為p=6m的多脈動(dòng)整流。其脈動(dòng)數(shù)p、組數(shù)m、移相角α及對(duì)應(yīng)的諧波次數(shù)h之間的關(guān)系如表3所示。

　　對(duì)于12脈動(dòng)整流，整流變壓器為常規(guī)接法的Y/Y-12（或Δ/Δ-12）和Y/Δ-11或(Δ/Y-1)，二者交流側(cè)副方電壓互相移相30°，直流側(cè)并聯(lián)(或串聯(lián))后組成12脈動(dòng)整流。

　　對(duì)于18脈動(dòng)及以上的整流，整流變壓器繞組采用曲折接線（Z接線）實(shí)現(xiàn)，各整流單元并聯(lián)（或串聯(lián)），共同向負(fù)載供電。只要滿足m組6脈動(dòng)整流交流側(cè)的電壓U(n)(n=1,2,……,m)依次移相α=60°/m，即可得到p=6m脈動(dòng)的多相整流。具體變壓器組別選擇情況如表4。

3.2 多脈動(dòng)整流輸入諧波的仿真分析

　　利用Matlab中的Simulink/Power System工具箱對(duì)多脈動(dòng)整流仿真研究。本文構(gòu)建了多重化整流的統(tǒng)一分析模塊，設(shè)置參數(shù)后，使其能夠?qū)崿F(xiàn)12、18、24、30、36脈動(dòng)整流電路的工作特性。按照參數(shù)面板中相關(guān)說明，選擇合適的變壓器接法，并輸入相移角度，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)脈動(dòng)數(shù)的多重化整流仿真分析。多脈動(dòng)整流輸入仿真電路的參數(shù)設(shè)置面板如圖1所示。

圖1 多脈動(dòng)整流仿真電路參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

　　以12脈動(dòng)的仿真為例，波形及頻譜如圖2所示，可以看出12脈動(dòng)時(shí)主要諧波為12k±1次，和理論分析相符合。

圖2 12脈動(dòng)整流波形及其頻譜

　　結(jié)合IEEE-519中的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各脈動(dòng)數(shù)整流進(jìn)行比較如表5所示，可見，在不增加其他濾波裝置的情況下，12脈動(dòng)整流很能滿足IEEE-519中的要求，在各個(gè)范圍內(nèi)諧波含量均超出標(biāo)準(zhǔn)。36脈動(dòng)情況要好的多，35次以下諧波及THD都能滿足IEEE-519的要求，但仍然含有較大的35、37等次的諧波。

　　由分析可以看出，多脈動(dòng)整流很好的解決了變頻器輸入端的諧波抑制問題，尤其對(duì)低次諧波的抑制效果明顯，且輸入波形近似為正弦，很好地滿足了要求。但是，同IEEE-519中的標(biāo)準(zhǔn)相比較，在不增加其他濾波裝置的情況下，多脈動(dòng)整流不能在各次諧波上都滿足IEEE-519中的要求，高次諧波的影響仍然很明顯，需要與其它濾波器配合使用。

4 高壓變頻器輸出諧波分析

　　作為高壓大功率變頻器的輸出環(huán)節(jié)，高性能的逆變器是其性能的保證。但高壓大功率變頻器并不像低壓變頻器一樣有著成熟、統(tǒng)一的技術(shù)，各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方案都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

4.1 變壓器耦合輸出型逆變器輸出諧波分析

　　1999年，由Cengelci E等人提出該拓?fù)�，其主要思想是通過變壓器將3個(gè)由高壓IGBT或IGCT構(gòu)成的常規(guī)二電平三相逆變器的輸出疊加起來，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的三相高電壓輸出、低dv/dt的PWM波，而且很好地保證了平衡運(yùn)行，對(duì)每個(gè)三相逆變器的利用率都接近100％，這些特點(diǎn)使它特別適合于對(duì)恒轉(zhuǎn)矩和變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。并且這3個(gè)常規(guī)逆變器可采用普通低壓變頻器的控制方法，使得變頻器的電路結(jié)構(gòu)及控制方法都大大簡(jiǎn)化。此結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　與傳統(tǒng)的二電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比較，中點(diǎn)箝位式三電平逆變器更適合于中高壓變頻裝置高電壓、大容量的特點(diǎn)，特殊的拓?fù)涫沟闷骷�具�?倍的正向阻斷電壓能力，其多層階梯形輸出電壓，理論上可通過增加級(jí)數(shù)而使輸出電壓波形接近正弦，減少諧波，在同樣輸出性能指標(biāo)下，三電平的開關(guān)頻率將是二電平的1/5，從而使系統(tǒng)損耗小。隨著電平數(shù)增加，每個(gè)電平幅值相對(duì)降低，dv/dt變小，主電路電流含有的脈動(dòng)成分減小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電磁噪聲都得到有效的抑制。

　　雖然三電平變頻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能夠?qū)崿F(xiàn)四象限運(yùn)行,但是因目前器件耐壓水平的限制,只能達(dá)到4.16kV等中高壓情況，若要輸出更高的電壓須采用器件串聯(lián)方法，但會(huì)帶來均壓等問題。

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