逆變器高諧波對變壓器的破壞影響

（來源：全球光伏）

　　在大型光伏電站中，逆變器產生的高諧波主要會通過產生過多的熱量來破壞變壓器，從而破壞絕緣層並隨着時間的推移降解芯材。

　　傳統變壓器設計用於平滑的單頻正弦波（通常為50 或 60 Hz），但逆變器會產生高頻諧波，這是其開關或脈寬調製 （PWM）作的副產品。高諧波對變壓器的破壞性影響主要發生在三個方面：

1）繞組過熱和絕緣失效

高頻電流（例如諧波）通過兩種機制導致變壓器繞組額外發熱：

　　集膚效應：在高頻下，電流主要流在導體的外表面上，而不是均勻分佈在其橫截面上。這限制了電流流動的有效面積，顯着增加了繞組的電阻並導致熱量積聚。

　　鄰近效應：來自相鄰繞組和其他導體的不同磁場會在附近的導體中感應出循環渦流。在高頻下，這種影響變得更加嚴重，導致繞組中的額外局部加熱。

　　隨着時間的推移，這種高温會降低變壓器的電絕緣性。絕緣材料的設計能夠承受正常的工作温度和電壓應力，但來自皮膚的熱量和接近效應會加速其老化，導致絕緣過早失效和潛在的短路。

2）鐵芯損耗增加和過熱

　　由於迟滯和渦流損耗增加，高頻諧波導致變壓器的鐵磁鐵芯也會受到更大的加熱。

　　迟滯損耗：這是每次變壓器鐵芯的磁疇隨着交流電重新定向時損失的能量。逆變器產生的高頻諧波導致磁場更快地改變極性，從而在鐵芯中產生更多的摩擦和熱量。

　　渦流損耗：高頻諧波在磁芯材料本身內感應出循環渦流。這些不需要的電流會產生熱量，並且與頻率的平方成正比。

　　因此，較高的諧波產生的渦流損耗比標準基頻呈指數級增長，導致磁芯過熱。

3）三相系統中的諧波

　　在三相星形連接系統中，特定的諧波階數，稱為三次諧波（3次、9次、15次等），在中性導體中相加而不是相互抵消。這可能會導致中性導體嚴重過載和過熱，從而導致絕緣失效、火災和災難性損壞。

　　另一個關鍵的失效機制是諧波共振。如果逆變器產生的諧波頻率與電氣系統的固有諧振頻率重合，則諧波可以顯着放大。

　　這種放大會導致危險的高電流和過電壓，從而損壞變壓器、斷路器和其他設備。

　　如果諧振發生在變壓器的初級或次級繞組附近，則會產生危險的高壓應力，導致局部放電並最終導致介電擊穿。

4）那麼該如何減輕諧波損傷？

爲了保護變壓器免受高諧波的破壞性影響，可以採取具體措施：

　　K 因子額定變壓器：這些變壓器經過專門設計，可處理諧波負載引起的額外發熱，採用改進的繞組和鐵芯設計。

　　尺寸過大：變壓器的容量可以過大，以較低的負載百分比運行，從而承受更高的温度。

　　Delta-Wye 配置：Delta-Y變壓器配置可用於通過創建電流在 Delta 繞組內循環而不是積聚在中性導體中的路徑來控制三重諧波。

　　諧波濾波器：可以安裝有源或無源濾波器來濾除特定的諧波頻率並防止它們到達變壓器。

　　專門用於大型光伏電站的逆變變壓器設計規範不斷發展，對這些關鍵資產進行適當的診斷測試和在線監控至關重要。正確的測試包括檢查絕緣系統的健康狀況，包括流體和固體、繞組完整性並確保負載不超過容量。