第9章 电力电子装置对电网的影响和可靠性

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,9,章 电力电子装置对电网的影响,和可靠性,电力电子装置的日益广泛应用，使得谐波问题和电磁干扰问题引起人们越来越多的关注。,教学要求：,掌握谐波的特性及其抑制、电磁干扰及其抑制和电力电子装置可靠性概念，常用的可靠性指标和提高可靠性的措施。,9.1,谐波的特性及其抑制,9.1.1,谐波污染,1.,谐波的基本概念,频率为 的分量称为基波,频率为大于,1,整数倍基波频率的分量称为谐波,对于周期为 非正弦电压,u,，,一般满足狄里赫利条件，可分解为如下形式的傅里叶级数：,2.,谐波的危害,(1),谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了,发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波流过中性,线时会使线路过热甚至发生火灾。,(2),谐波影响各种电气设备的正常工作。,(3),谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而,使谐波放大，这就使上述,(1),和,(2),的危害大大增加，甚至,引起严重事故。,(4),谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测,量仪表计量不准确。,(5),谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低,通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。,9.1.2,谐波产生机理,9.1.3,谐波抑制方法,1.LC,无源滤波器,LC,滤波器出现最早，存在一些较难克服的缺点，但因其具有结构简单、设备投资较少、运行可靠件较高、运行费用较低等优点，因此至今仍是应用最多的方法。,2.,静止无功补偿法,饱和电抗器型,晶闸管的静止无功补偿装置（,SVC,）,静止同步补偿器（,STATCOM,）,3.,有源滤波器（,APF,）,动态抑制谐波、补偿无功,抑制谐波的另一种方法是改进电力电子装置，使其不产生谐波，主要有增加变流装置的相数和脉动数、采用多重化技术、谐波叠加注入、采用,PWM,技术和设计或采用高功率因数变流器（矩阵式变频器）等,9.2,电磁干扰及其抑制,9.2.1,电磁干扰,1,、当电磁噪声达到影响电路、装置或系统正常工作或性能,程度时，则称它为电磁干扰（,EMI,）。,2,、电磁干扰根据干扰源传播到受影响设备的途径（方式）分,为两类：辐射和传导。,4,、形成电磁干扰必须具备三个基本要素：,电磁干扰源、耦合通道（传播途径）和设备对干扰的敏,感程度。,3,、电磁干扰的耦合方式共有四种：,电导性耦合、电容性耦合、电感性耦合和辐射耦合,9.2.2,电磁干扰的抑制,1.,屏蔽技术,屏蔽技术是实现电磁干扰防护的最基本也是最重要的手段之一。,屏蔽技术通常可分为三大类：,(1),电场屏蔽：静电场屏蔽及低频交变电场屏蔽,(2),磁场屏蔽：直流磁场屏蔽和低频交流磁场屏蔽,(3),电磁场屏蔽：同时存在电场及磁场的高频辐射,2.,滤波器,另一类是信号滤波器，用于抑制通信系统中的电磁干扰。,电磁干扰滤波器可分为两类：,一类是电源滤波器，用于抑制电源线输入或输出的传导干扰,要注意合理地选用和安装滤波器，否则抑制干扰的效果将会很差。,3.,接地,(1),保护接地和工作接地,保护接地必须接在大地电位上,(2),接地的方式,接地设计常采用分组接地方法，即将设备系统的地线分为四组：低电平信号地线、高电平信号地线、噪声地线,(,对继电器、电动机、大功率电路而言,),、金属件地线,(,对机壳、机箱而言,),。,4.,隔离,切断共地耦合通道，抑制因地环路引入的干扰,5.,合理的布局和布线,9.3,电力电子装置的可靠性,9.3.1,可靠性,9.3.2,常用可靠性指标,1.,可靠度,元件或装置在规定的时间内和规定的使用条件下，正常工作的概率称为可靠度函数，简称可靠度，记作,若以,T,表示元件的寿命，则事件,（,Tt,）,表示元件在,0,t,时间内能正常工作，即不失效,若已知元件寿命,T,的概率密度,f(t,),，那么对于给定的,t,，则有,2.,不可靠度函数,事件,(Tt),表示元件的寿命小于,t,，即元件在,0,t,时间内失效，也就是说，元件不能在,0,t,时间内可靠工作，所以称,为不可靠度函数,3.,失效率,(1),失效率的定义,元件在,t,时刻的失效率定义为元件在,t,时刻以前一直正常工作的条件下，在,t,时刻以后单位时间内失效的概率,(2),与 、的关系式,失效率越低，可靠性越高。,(3),失效类型和浴盆曲线,4.,平均失效率,为随机变量寿命的平均失效率,累积失效率：,6.,可靠寿命,设元件的可靠度 ，为对于给定的值 ，若有,则称 可靠寿命，其中称,r,为可靠水平。,5.,平均寿命与方差,(1),寿命,T,的定义,从元件、装置,(,或系统,),开始使用到发生失效,(,故障,),前这段时间,(2),平均寿命,对于不可修复元件或装置，通常用,MTTF(Mean,Time to Failure),代替 ，即失效前的平均寿命；对于可修复的元件或装置，用,MTBF(Mean,Time Between Failure),平均故障时间代替,9.3.3,提高可靠性的几个问题,1.,正确使用电力电子器件,2.,电磁兼容性与可靠性的关系,3.,变流装置及系统的保护,4.,故障检测装置,9.4,小 结,1.,抑制和消除谐波有两种基本途径，一种是改进电力电子装置，使其不产生谐波，且功率因数可控制为,1,，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置；另一种是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的，主要包括无源滤波器、有源滤波器和静止无功补偿法。,2.,当电磁噪声达到影响电路、装置或系统正常工作或性能程度时，则称它为电磁干扰（,EMI,）。抑制电磁干扰应考虑的主,要问题大体可归结为合适的接地、屏蔽、滤波、机箱内部的合理布线等。,3.,元件或系统在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力，称之为元件或系统的可靠性。常用的可靠性指标有可靠度、失效率和平均寿命等。,4.,提高变流装置及系统的可靠性涉及到许多方面的问题，主要包括正确使用电力电子器件、电磁兼容性、变流装置及系统的保护和故障检测装置。,