1 前语
在电力体系中，直流电源作为继电保护、自动设备以及一二次设备操作电源运用，是发电厂和变电站非常重要的设备。近年来，体系内因直流电源毛病而引发的事端时有发生，所以，对直流电源的牢靠性、安稳性具有很高的要求。传统的直流电源大都选用可控硅整流型。跟着高频开关电源技能的老练，现在高频开关电源已在电力体系内逐渐开端替代传统硅整流充电机。高频开关电源因具有体积小、重量轻、功率高、作业牢靠等长处，广泛运用于电力发电厂、变电站(所)、工业生产、交通等直流体系及相关配套设备中，是断路器分合闸用电、后备电池充电以及二次回路的仪器仪表等低压设备用电设备正常作业的动力中心
2 高频开关电源的作业原理
沟通电源接入整流模块，经滤涉及三相全波整流器后变成直流，再接入高频逆变回路，将直流转化为高频沟通，最终经高频变压器、整流桥、滤波器后输出平稳直流。
高频开关电路首要由整流滤波电路，全桥改换电路，PWM操控电路，稳压、限压电路，稳流、限流电路，保护电路，以及辅佐电源电路等组成。
三相电网(或单相)电压经电源开关后，进行整流滤波，得到的520Vdc(单相为300Vdc)的滑润直流电压供应逆变电路。
逆变电路首要由大功率IGBT模块(或场效应MOSFET模块)组满足桥改换电路。当PWM输出操控信号经过阻隔驱动器别离驱动功率模块，两组对角管别离替换导通，在高频变压器初级发生高频脉冲电压，次级电压由高频变压器变压后经整流向负载供给能量。
输出端别离接有稳压、限流和稳流、限压等反应电路。当置于稳压状况时，稳压和限流电路起效果，当输出电压升高或下降时，取样电压经过稳压电路内部电压比较器跟基准电压比较，其差错信号电压加到PWM操控电路，使PWM输出脉宽作相应改变，然后安稳输出电压，如负载电流过高时，限流电路作业，使输出电流约束在限流设定值内。
相同，在稳流状况下，稳流电路效果，使输出电流安稳在设定值内，而当过压时，限压电路使输出电压钳位在限压值。当有反常情况(如输入过压或欠压,过流或过热等)发生保护信号加到保护操控电路时，保护电路输出一个电压加到PWM电路，使PWM电路中止输出，然后到达保护意图。
图1 作业原理框图
3 电力体系谐波的来历
电力体系中谐波源是多种多样的。首要有以下几种：
⑴体系中的各种非线性用电设备如：换流设备、调压设备、电气化铁道、电弧炉、荧光灯、家用电器以及各种电子节能操控设备等。这些设备即便供应它抱负的正弦波电压，取用的电流也是非线性的，即有谐波电流存在。并且这些设备发生的谐波电流也会注入电力体系，使体系遍地电压发生谐波重量。这些设备的谐波含量决定于它本身的特性和作业状况，基本上与电力体系参数无关，可视为谐波恒流源。
⑵供电体系本身存在的非线性元件是谐波的又一来历。这些非线性元件首要有变压器激磁支路、交直流换流站的可控硅操控元件、可控硅操控的电容器、电抗器组等。
⑶如荧光灯、家用电器等的单个容量不大，但数量很大且分布于遍地，电力部门又难以办理的用电设备。假如这些设备的电流谐波含量过大，则会对电力体系形成严峻影响，对该类设备的电流谐波含量，在制作时即应约束在必定的数量规模之内。
⑷发电机宣布的谐波电势。发电机宣布谐波电势的一同也会有谐波电势发生，其谐波电势取决于发电机本身的结构和作业状况，基本上与外接阻抗无关。故可视为谐波恒压源，但其值很小。
电力体系中谐波的呈现，关于电力体系运转是一种”污染”。它们极大的下降了体系电压正弦波形的质量，一同对高频开关电源也有很大的影响。
4 谐波对高频开关电源影响实例
⑴2008年10月，某供电公司110kV变电站进行1#主变压器替换作业，该站接线办法如图2所示。
图2 某供电公司110kV变电站接线办法
该站充电机电源正常由1#所用主变供电，10kV母联和低压母联均在断开方位，因为10kV I段母线未带钢厂负荷，高频充电机运转正常。在1#主变替换期间，全站10kV负荷和低压负荷悉数由2#主变所带，而10kV II母线带有两回钢厂负荷，且该钢厂未装消谐设备，当倒至此办法运转不到10min，该变电站高频电源模块就有两个烧坏，一同也有10kV其他用户反映其高频电源烧坏。
⑵2006年，某供电公司220kV变电站所带一大型铝业公司在其滤波设备悉数停电进行谐波测验期间，不到2h，该站2#高频充电机6台高频模块悉数烧坏。
5 谐波对高频开关电源影响的剖析和对策
因为以计算机和微处理器为根底的智能直流体系一般安装在变电站高压设备的邻近，该设备能正常作业的先决条件便是它可以接受变电站中在正常操作或事端情况下发生的极强的电磁搅扰。此外，因为现代的高压开关常常与电子操控和保护设备集成于一体， 因而，对这种强电与弱电设备组合的设备不只需求进行高电压、大电流的实验， 一同还要经过电磁兼容的实验。GIS的阻隔开关操作时，可以发生频率高达数MHz的快速暂态电压，这种快速暂态过电压不只会危及变压器等设备的绝缘，并且会经过接地网向外传达，搅扰变电站直流体系、操控设备的正常作业。跟着电力体系自动化水平的进步，电磁兼容技能的重要性日益显现出来。因而，高频开关电源要有很强的抗电磁搅扰才能，特别是对雷击、浪涌、电网电压动摇的适应才能，而对静电搅扰、电场、磁场及电磁波等也要有满足的抗搅扰才能，确保本身可以正常作业以及对直流设备供电的安稳性。
另一方面严峻的谐波电压电流在开关电源内部发生电磁搅扰，然后形成开关电源内部作业的不安稳，使电源的功能下降。还有部分电磁场经过开关电源机壳的缝隙，向周围空间辐射，与经过电源线、直流输出线发生的辐射电磁场一同经过空间传达的办法，对其它高频设备及对电磁场比较灵敏的设备形成搅扰，引起其它设备作业反常。 因而，对高频开关电源要约束由负载线、电源线发生的传导搅扰以及由辐射传达的电磁场搅扰，使处于同一电磁环境中的设备均可以正常作业，互不搅扰。
高频开关电源因作业在高电压大电流的开关状况下，其引起的电磁兼容性问题是恰当杂乱的。从整机的电磁兼容性讲，首要有共阻抗耦合、线间耦合、电场耦合、磁场耦合和电磁波耦合几种。电磁兼容发生的三个要素为：搅扰源、传达途径及受搅扰体。磁场耦合首要是大电流的脉冲电源线邻近发生的低频磁场对搅扰目标发生的耦合。而电磁波耦合，首要是因为脉动的电压或电流发生的高频电磁波，经过空间向外辐射，对相应的受搅扰体发生的耦合。实际上，每一种耦合办法是不能严厉区别的，仅仅侧重点不同罢了。
在开关电源中，主功率开关管在很高的电压下以高频开关办法作业，开关电压及开关电流均为方波，该方波所含的高次谐波的频谱可达方波频率的1000次以上。一同，因为电源变压器的漏电感及分布电容，以及主功率开关器材的作业状况并非抱负，在高频开或关时，常常发生高频高压的尖峰谐波振动，该谐波振动发生的高次谐波，经过开关管与散热器间的分布电容传入内部电路或经过散热器及变压器向空间辐射。用于整流及续流的开关二极管，也是发生高频搅扰的一个重要原因。因整流及续流二极管作业在高频开关状况，因为二极管的引线寄生电感、结电容的存在以及反向恢复电流的影响，使之作业在很高的电压及电流改变率下，发生高频振动。因整流及续流二极管一般离电源输出线较近，其发生的高频搅扰最简单经过直流输出线传出。
图3 高频开关电源作业原理简图
开关电源为了进步功率因数，均选用了功率因数校对电路。一同，为了进步电路的功率及牢靠性，减小功率器材的电应力，很多选用了软开关技能。其间零电压、零电流或零电压零电流开关技能运用最为广泛。该技能极大地下降了开关器材所发生的电磁搅扰。可是，软开关无损吸收电路多运用L、C进行能量转移，运用二极管的单向导电功能完成能量的单向转化，因而，该谐振电路中的二极管成为电磁搅扰的一大搅扰源。
要处理开关电源谐波，可从以下三个方面下手。
⑴减小搅扰源发生的搅扰信号;
⑵堵截搅扰信号的传达途径;
⑶增强受搅扰体的抗搅扰才能。
经过上述对电磁兼容性的研讨和剖析可知，首先要针对电源线谐波电流、电源线传导搅扰、电磁场辐射搅扰等问题，对输入输出滤波电路进行改进。调整了输出整流二极管的衔接办法和滤波电路的方位，使滤波电路更挨近端口。加大了电源的输入EMI滤波器的绝缘耐压等级，堵截了搅扰信号的传达途径。
其次，关于静电放电，在均流端口及操控端口的小信号电路中，选用TVS管及相应的接地保护、加巨细信号电路与机壳等的电间隔。快速瞬变信号含有很宽的频谱，很简单以共模的办法传入操控电路内，选用防静电相同的办法并减小共模电感的分布电容、加强输入电路的共模信号滤波即加共模电容来进步体系的抗扰功能。雷击、浪涌是对开关电源及其体系形成消灭性伤害的重要因素，因而，优化沟通输入及直流输出端口的防雷才能也是恰当必要的。对1.2/50μs开路电压及8/20μs短路电流的组合雷击波形，因能量较小，选用氧化锌压敏电阻与相应的吸收电路组合办法来处理。为确保体系的安全运转，在体系的沟通进线和直流输出母线上也装备了共摸、差摸组合浪涌抑制器。
减小开关电源的内部搅扰，完成其本身的电磁兼容性，进步开关电源的安稳性及牢靠性，首要从恰当添加相邻线间和相邻引脚间的间隔，防止发生串扰和在高压串入时相互间放电。减小高压大电流电路特别是变压器原边与开关管、电源滤波电容电路所围住的面积;减小输出整流电路及续流二极管电路与直流滤波电路所围住的面积，然后减小了变压器的漏电感和滤波电感的分布%&&&&&%对开关电源的影响，改进了开关电源的内部作业的安稳性。具有杰出的安稳性和电磁兼容性，适合于直流体系用直流操作电源或单机电源运用。
6 总结
综上所述，我国电力体系在直流电源规划上首要选用高频开关电源。高频开关电源作为继电保护、自动设备以及一二次设备操作电源运用，是发电厂和变电站非常重要的设备。怎么把谐波对高频开关电源的影响下降到最小，确保电力体系的安全牢靠运转，对运转人员及专业保护人员提出了更高的要求。咱们要在实践中探索符合实际的保护办法。
