谐波抑制的方法及其特点

电力系统谐波抑制方法及其特点分析

随着电力电子技术的发展，接入电网的整流、换流设备和其他各种非线性负荷设备日益增加，这些电气设备产生大量的谐波电流注入电网，危及电力设备、用户设备和电力系统的安全运行。必须采取措施，抓紧治理，抑制电力系统谐波，把电网中的谐波含量控制在允许范围之内[1]。

电力系统谐波抑制是改善电能质量、净化电网的一个重要方面。对谐波抑制的方法主要有三种途径:第一种是在谐波源上采取措施，从改进电力电子装置入手，使注入电网的谐波电流减少，也就是最大限度地避免谐波的产生；第二种是在电力电子装置的交流侧利用LC无源滤波器和电力有源滤波器对谐波电流分别提供频域谐波补偿和时域谐波补偿。这类方法属于对已产生的谐波进行有效抑制的方法;第三种就是改善供电环境[2]。

1、降低谐波源的谐波含量

降低谐波源的谐波含量也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用，并避免因加装消谐装置而引发的其它负面影响。具体方法有:

1.1 增加换流装置的脉动数

换流装置是电网中的主要谐波源之一，其产生的谐波主要集中在特征谐波，非特征谐波含量通常很少，特征频谱为:n=kp士1，则可知脉动数p增加，n也相应增大，而工n、工l/n，故谐波电流将减少。因此，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。例如:当脉动数由6增加到12时，可有效的消除幅值较大的低频项，从而使谐波电流的有效值大大降低。

1.2 利用脉宽调制(PWM)技术

PWM技术，就是在所需的频率周期内，通过半导体器件的导通和关断把直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲，可达到抑制谐波的目的。若要消除某次特定谐波，可在控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性，根据输出波形的傅里叶级数展开式，使需要消除的谐波幅值为零，基波幅值为给定量，组成非线性超越方程组计算各个开关通断时刻，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的。PwM技术的优点是在载波频率高时，输出中所含低次谐波分量很小，从而提供了功率因数。目前被采用的PWM技术有最优脉宽调制(OPWM)、改进正弦脉宽调制、△调制、跟踪型PWM和自适应PWM控制等。

1.3 三相整流变压器采用Y，d(Y/△)或D，y(△/Y)的接线方式

这种接线方式可抑制3的倍数次的高次谐波，也可作为隔离变压器使用。以△/Y形接线方式为例:当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组内时，其中3的倍数次高次谐波电流无路可通，所以自然就被抑制而不存在。但将导致铁心内出现3的倍数次高次谐波磁通(三相相位一致)，而该磁通将在变压器原边绕组内产生3的倍数次高次谐波电动势，从而产生3的倍数次的高次谐波电流。因为它们相位一致，只能在三角形绕组内产生环流，将能量消耗在绕组的电阻中，故原边绕组端子上不会出现3的倍数次的高次谐波电动势，不致使谐波注入公共电网。作为隔离变压器使用时，可使3N次谐波电流与配电系统相隔离。这种接线形式的优点是可以自然消除3的整数倍次的谐波。

1.4 采用多电平变流技术

也称整流电路的多重化，即将多个方波叠加，以消除次数较低的谐波，从而

得到接近正弦波的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦波，但其电路也越复杂，因此该方法一般只用于大容量场合。该方法用于桥式整流电路中，不仅可以减少交流输入电流的谐波，同时也可以减少直流输出电压中的谐波幅值。如果把上述方法与PWM 技术配合使用，则会产生很好的谐波抑制效果。

1.5 限制整流设备的容量

系统短路容量与所供电的整流器容量之比称为短路比，一般而一言，短路比愈大，允许注入的谐波电流越大。因此，在进行报装审批时，应该根据系统短路容量的大小来限制新接入的非线性负荷的容量。

1.6 在整流电路中串接电抗器

整流电路内部的感抗越大，则换流时间越长，电流波形变化越缓慢，因此，在整流电路中串接适当的电抗器也可以减少高次谐波电流。

2、在谐波源处吸收谐波电流

在谐波源设备已确定的情况下，在谐波源处安装滤波装置，吸收谐波电流，是防止谐波电流注入电网的有效措施。对用户侧进行谐波治理通常采取接入无源滤波器或有源滤波器。这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法，主要分为以下几种:

2.1加装无源滤波器 (PassivePowerFilter ，简称PPF)

无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L 、C 、R 元件构成无源网络，吸收负载产生的谐波电流。无源滤波器分调谐滤波器与高通滤波器，前者分单调谐滤波器和双调谐滤波器，用于吸收单一次数或相邻的两次谐波，后者用于吸收某一次及以上各次谐波。无源滤波器滤除谐波以外还在基波电压的作用下向谐波负载提供容性基波无功功率，同时兼顾谐波源无功补偿的需要。由于具有成本低、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，无源滤波器时目前采用的抑制谐波即无功补偿的主要手段。

滤波装置一般由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。单调谐滤波器利用R 、L 、C 电路串联谐振构成，如下图所示。滤波器对n 次谐波阻抗为

)1(C n L n j R Z n ωω-+=

图4-1 滤波器的接线方式

（a ）单调谐滤波器 （b ）双调谐滤波器 （c ）一阶减幅型滤波器 （d ）二阶减幅型滤波器 （e ）三阶减幅型滤波器 （f ）C 型滤波器

在谐振点处C n L n ωω1

=，谐振时的谐波次数LC n ω1

=，谐波阻抗Z=R 由于

R 很小，所以n 次谐波电流主要由R 分流，很少流入电网中，而对于其他次数的谐波，谐波阻抗Z>>R ，滤波器分流很少。双调谐滤波器图4一1(b)的两个谐振频率实际上相当于两个并联的单调谐滤波器，它同时吸收两种频率的谐波。与两个单调谐滤波器相比，减少了回路，基波损耗较小，只有一个电抗器承受全部冲击电压。这种滤波器结构比较复杂，调谐较困难，但在高压大容量滤波装置中采用有一定的技术经济上的优势。

高通滤波器有一阶减幅型(图4一1(c))、二阶减幅型(图4一1(d))、三阶减幅型(图4一1(e))和C 型(图4一1(f))。当频率低于其截止频率f0(f0=1/2πRC)时，由于容抗的作用，使得低次谐波电流难以通过;而当频率高于f0时，由于容抗减小，高次谐波电流便可顺利通过电容器和电阻，总的阻抗也变化不大，形成一个通频带。一阶减幅型由于基波功率损耗太大，

一般不采用；二阶减幅型的基波损耗较小，且阻抗频率特性较好，结构也简单，故工程上用的较多；三阶减幅型的基波损耗更小，但特性不如二阶减幅型，用的也不太多；C 型滤波器滤波特性介于二阶和三阶之间，主要优点是C 与L 对基波串联调谐，有功功率损耗较低

低成本的无源滤波器是至今为止在滤除谐波时使用最为广泛的补偿装置，用其抑制谐波在经济上和技术上都可以接受。其主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，致使谐波放大使无源滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能消除特定次谐波，导致整个装置占地面积大。因而随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器

2.2 装设静止无功补偿装置

快速变化的谐波源，如:电弧炉、电力机车和卷扬机等，除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的还会造成系统电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。在网侧投入无功补偿装置是用来补偿由谐波造成的无功功率，从而提高功率因数。另外，无功补偿装置中通过电感和电容的合理设置，可在某次频率点产生谐振，即可对该频率的谐波实现滤波。可有效减少波动的谐波量，同时，可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数。 静止补偿装置的基本结构是由快速变化的电抗或电容元件组合而成。目前应用较多的四种是自饱和电抗器SR 、晶闸管控制电抗器、晶闸管控制高漏抗变压器和晶闸管投切电容器。自饱和电抗器SR 由负荷电流控制饱和电抗器的磁饱和程度，当负荷发生变化时其电抗值随之发生变化，从而调节无功输出的大小:晶闸管控制电抗器TCR 通过改变控制角而改变导通时间，相当于调节电抗器电抗达到改变无功输出的目的;晶闸管控制高漏抗变压器TCT 工作原理与TCR 相同，晶闸管断开时呈高电抗特性，接通时根据控制角调节无功输出的大小，因为使用了变压器，故可以直接接入高压侧;晶闸管投切电容器TSC 的晶闸管在超前电压90度时接通并在断开前一直保持该控制角，如果电压是正弦波，则流过TSC 电流也是正弦波，故没有谐波产生，但这种TSC 不能在导通期间改变无功输出的大小。 由于TCR 和TCT 通过控制晶闸管的开通角度以调节电抗器电抗，在控制角大

于90°时不能得到与交流电源对应的完整波形。SR的谐波来自磁饱和和非线性。所以这三种形式不可避免有谐波产生。因此在使用时必须考虑到对它们自身所产生谐波的抑制，这就增加了结构和设计上的复杂

2.3 电力有源滤波器补偿法

无源滤波器及静止无功补偿装置虽然能减少谐波分量，抑制某些谐波，但却不能对变的高次谐波动态补偿。现阶段谐波补偿和抑制的一个重要趋势是采用有源滤波器 APF(AC activePowerFilter)了。APF能对幅值和频率都变化的谐波及变化的无功进行补偿。利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。

有源滤波器的思路是给谐波电流或谐波电压提供一个在谐振频率处等效导纳为无穷大的并联网络或等效阻抗无穷大的串联网络，因此可以分为并联有源滤波器和串联滤波器。其基本结构是一个DC\AC逆变桥与\或一个谐波注入电路。按照PWM逆变电路直流侧电源的性质又可以分为电压型有源滤波器及电流型有源滤波器。

①并联有源电力滤波器

1896年，AkagiH提出用并联有源滤波器消除谐波的方法，如同4一2所示。这种装置相当于一个谐波电流发生器，它跟踪负载电流中的谐波分量，产生与之相反的谐波电流，从而抵消线路中的谐波电流。通过不同的控制作用，可以对谐波、无功、不平衡分量进行补偿，功能多，连接也方便。但是，由于电源电压直接加在逆变桥上，对开关器件电压等级要求高；负载谐波电流含量高时，这种有源滤波器装置的容量也必须很大，因为兼具大的补偿容量和宽的补偿频带比较困难，所以它只适合电感型负荷的谐波补偿;开关引起的谐波电流将影响电路中的PF或电容器的滤波特性，若利用LC网络吸收这部分高次谐波，由于LC网络受电网参数的影响，PWM逆变器输出的谐波频带又很宽，所以LC网络难以设计

4—2并联有源电力滤波器框图

为了降低加到逆变桥的交流电压，可以选择用LC串联或并联网络作为注入电路，如图4一3、图4一4所示。在图途4一3中，LC在基波频率处串联谐振，逆变桥不承受基波电压，而在谐振频率之处有Zr>>Zc，滤波器产生的谐波电流可以完全流入主电路。并联LC方式原理与之类似

为了使有源滤波器适用于大容量负载的补偿，可以将高次谐波和低次谐波分开各相单独补偿，也可将有源滤波器和无源滤波器相结合进行补偿。并联有源电力滤波器能对谐波和无功功率进行补偿，其补偿特性不受电网阻抗的影响，主要适用于感性电流源负载的谐波补偿，目前技术上比较成熟，但其有源装置容量相对较大，投资多，运行效率低。

②串联有源电力滤波器

图4一5是单独使用串联有源电力滤波器的方案。通过3个单相变压器串联在电源和负载之间，串联有源电力滤波器在此系统中相当于一个电压控制电压源，跟踪电源电压中的谐波分量，产生与之相反的谐波电压，使负载端交流侧电压为正弦波。主要用于消除带电容二极管整流电路等电压型谐波源负载对系统的影响，以及系统侧电压谐波电压波动对敏感负载的影响。串联有源电力滤波器装置容量小，运行效率高，对谐波电压源类型的负荷有较好的补偿特性。但其绝缘强度高，难以适应线路故障条件而且不能进行无功功率动态补偿，工程实用性受到限制，其投切、故障后的退出及各种保护较并联型APF复杂。目前单独使用少，国内外研究主要集中在其与LC无源滤波器所构成的串联混合型有源电力滤波器。

图4—5串联有源电力滤波器框图

与无源滤波器相比，APF具有高度可控性和快速响应性，能补偿各次谐波，可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点;在性价比上较为合理;滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。目前在国外高低压有源滤波技术已应用到实践，而我国

还仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高，有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术，其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。

2.4 防止并联电容器组对谐波的放大

在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。

3、改善供电结构

3.1 增加谐波源负荷接人点电网的短路容量

（1）靠近发电厂处短路容量大，即基波和谐波短路阻抗小，同样电压等级允许的谐波电流就大。也就是说注入电网相同的谐波电流时，此谐波电流在较小的谐波阻抗上、产生的谐波电压比较小。如我省衙州化工厂装有许多甚大的非线性负荷，但该厂拥有较大机组的自备电厂，系统短路容量较大，结果谐波电压并不高，均未超标;反之如临海电化厂仅有20ookW的非线性负荷，但该厂处在电网末端，谐波阻抗较大，谐波电压竟超标许多。

（2）一般较高电压等级母线的短路容量比较低电压等级大，具有承担较大谐波的能力。有时一台3吨电弧炉若从l0kV母线供电，谐波电流往往超标，若改用35kV母线供电，谐波电流可能合格，故必要时应适当升高谐波源用户供电的电压等级。

（3）尽量将谐波源用户的谐波源及非谐波源用电设备分配到不同的供电母线上，以减少谐波对本厂电气设备的影响。

谐波的危害及其抑制措施

谐波的危害及其抑制措施 中国联通苏州分公司 柳振伟 摘要：本文对谐波的概念及产生原理、谐波产生的问题作了较为详细的描述，并对目前解决谐波问题的措施作了分析。 关键词：交频器；谐波危害；抑制谐波措施 一、概述 理想状态下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国工业用电频率以50Hz 为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基频率波的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I 区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz 时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7，11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。一个正弦波在5次谐波和7次谐波的影响下怎样发生畸变。（相对于基波的24%和9%），如下图所示。 图1 基波和谐波 图2 失真波形 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热，使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏，从而降低继电保护、控制、以及检测装

串联电抗器抑制谐波

串联电抗器如何抑制谐波 关键字：串联电抗器谐波抑制电抗率选择无功补偿电抗器 前言 随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。 电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。 在并联电容器装置接入母线处的谐波“污染”暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效和可行的方法。串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流[1]，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。但是串联电抗器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。 电抗器参数的计算 1 基本情况介绍 某110kV变电所新装两组容量2400kvar的电容器组，由生产厂家提供成套无功补偿装置，其中配置了电抗率为6%的串联电抗器，容量为144kvar。电容器组投入运行之后，经过实测发现，该110kV变电所的10kV母线的电压总畸变率达到4.33%，超过公用电网谐波电压（相电压）4%的限值[2]，其中3次谐波的畸变率达到3.77%，超过公用电网谐波电压（相电压）3.2%的限值[2]。

谐波危害及抑制谐波的方法

谐波危害及抑制谐波的方法 2008-05-05 23:08:43| 分类：默认分类| 标签：|字号大中小订阅 随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电力质量（ＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙ）受到人们的日益重视。例如，工业生产中的大型生产线、飞机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电，或因受电力网上瞬态电磁干扰影响，致使计算机系统无法正常运行，将会带来巨大的经济损失。电梯、空调等变频设备、电视机、计算机、复印机、电子式镇流器荧光灯等已成为人民日常生活的一部分，如果这些装置不能正常运行，必定扰乱人们的正常生活。但是，电视机、计算机、复印机、电子式照明设备、变频调速装置、开关电源、电弧炉等用电负载大都是非线性负载，都是谐波源，如将这些谐波电流注入公用电网，必然污染公用电网，使公用电网电源的波形畸变，增加谐波成份。 近几年，传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术日臻成熟。集成度愈来愈高的微电子技术使计算器的功能更加完美，体积愈来愈小，从而促使各种电器设备的控制向智能型控制器方向发展。随着微电子技术集成度的提高，微电子器件工作电压变得更低，耐压水平也相对更低，更易受外界电磁场干扰而导致控制单元损坏或失灵。例如，２０世纪７０年代计算机迅速普遍推广，电磁干扰及抑制问题更是十分突出，一些功能正常的计算机常出现误动作，而无法找出原因。１９６６年日本三基电子工业公司率先开发了“模拟脉冲的高频噪音模拟器”，将它产生的脉冲注入被试计算机的电源部分，结果发现计算机在注入１００～２００Ｖ脉冲时就误动作，难怪计算机在现场无法正常工作，其原因之一是计算机的电源受到了污染。因此，受谐波电流污染的公用电源，轻者干扰设备正常运行，影响人们的正常生活，重者致使工业上的大型生产线、系统运行瘫痪，会造成严重经济损失。 国际电工委员会（ＩＥＣ）已于１９８８年开始对谐波限定提出了明确的要求。美国“ＩＥＥＥ电子电气工程师协会”于１９９２年制定了谐波限定标准ＩＥＥＥ—１０００。在ＩＥＥＥｓｔｄ．５１９—１９９２标准中明确规定了计算机或类似设备的谐波电压畸变因数（ＴＨＤ）应在５％以下，而对于医院、飞机场等关键场所则要求ＴＨＤ应低于３％。 1 电网谐波的产生 1.1电源本身谐波--由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。 1.2由非线性负载所致 1.2.1非线性负载---谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产生了谐波。 1.2.2 主要非线性负载装置 （１）开关电源的高次谐波：开关电源由五部分组成：一次整流、开关振荡回路、二次整流、负载和控制，这几个部分产生的噪声不完全一样。这几种干扰可以通过电源线等产生辐射干扰，也可以通过电源产生传导干扰。 （２）变压器空载合闸涌流产生谐波:铁心中磁通变化时，会产生８～１５倍额定电流的涌流，由于线圈电阻的存在，变压器空载合闸涌流一般经过几个周波即可达到稳定。所产生的励磁涌流所含的谐波成份以３次谐波为主。

谐波电流及抑制

一.谐波电流 一般来说, 理想的交流电源应是纯正弦波形, 但因现实世界中的输出阻抗及非线性负载的原因, 导致电源波形失真。近年来整流性负载的大量使用, 造成大量的谐波电流, 也间接污染了市电, 产生电压的谐波成份. 另外一些市售的发电机或UPS本身输出电压就非纯正弦波, 甚至有方波的情形, 失真情形更严重, 所含谐波成份占了很大的比。 1.谐波的危害 谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。 2.谐波是怎么产生的 一是发电源质量不高产生谐波： 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

二是输配电系统产生谐波： 输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流%。 三是用电设备产生的谐波： 晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。

UPS供电系统中的谐波及其抑制

供电系统中的谐波及其抑制 一、概述 在理想的情况下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50Hz为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。 供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注，为保证供电系统中所有的电气，电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作，必须采取有力的措施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。 二、谐波产生的原因 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。 在发电环节，当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。 在其它几个环节中，谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。 接入低压供电系统的非线性设备产生的谐波电流可分为稳定的谐波和变化的谐波两大类。所谓稳定的谐波电流是指由这种谐波的幅度不随时间变化，如视频显示设备和测试仪表等产生的谐波，这类设备对电网来说表现为恒定的负载。由激光打印机、复印机、微波炉等产生的各次谐波的幅值随时间变化，称之为波动的谐波，这类设备对电网来说是一个随时间

变频器谐波抑制方法

变频器谐波抑制方法 对小容量的通用变频器，高次谐波很少成为问题，但当使用的变频器容量大或数量多时，往往就会产生高次谐波电流和高次谐波干扰问题，因此对于高次谐波先采取适当的对策和预防措施是非常重要的。 1. 改善变频器结构 可以从变频器自身硬件结构或者整个变频系统的构建方式和设备选择等方面考虑，从根本上减少变频系统注入电网的谐波、无功等污染。 (1) 变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器; (2) 在整流环节采用多重化技术，提高脉波数，可以有效地提高特征谐波次数，降低特征谐波幅值。对于大容量晶闸管变频器可以采取这种方法，利用多重化抑制流向电源侧的高次谐波; (3) 采用高频整流电路，改善整流波形，提高功率因数，直流电压可调节; (4) 逆变环节采用高开关频率高的电力电子器件，如MOSFET，IGBT等，可以提高载波频率比，抑制变频器输出端的高频谐波。 (5) 在逆变环节采用多重化技术，提高脉波数，使输出的电流电压波形更加接近正弦波。但重数越多电路越复杂，可靠性会随之降低，三重化电路可以兼顾输出波形质量和设备可靠性，较理想。 2. 采用合适的控制策略 从变频器控制器这一点出发，可采用更合适的控制策略或者在原来的控制策略基础上作点优化和改进，原理上更大限度地减少谐波的产生。以实际应用中常用的正弦脉宽调制法(SPWM)法和特定消谐法(SHE)法为例。 根据SPWM基本理论，当调制波频率为fr，载波频率为fc，载波频率比N=fc/fr，单极性SPWM控制在输出电压中产生N-3次以上的谐波，双极性SPWM控制在输出电压中产生N-2次以上的谐波。比如，N=25，采用单极性SPWM控制，低于22次的谐波全被消除，采用双极性SPWM控制，低于23次的谐波全被消除。 但输出电压频率较高的时候，由于受到元件开关频率的限制，N值不可能大，SPWM 控制的优势就不太明显了，这个时候选择SHE法可以在开关次数相等的情况下输出质量较高的电压、电流，降低了对输入、输出滤波器的要求。

基于matlab谐波抑制的仿真研究(毕设)

电力系统谐波抑制的仿真研究 目 录 １ 绪论…………………………………………………………………………… 1．1 课题背景及目的………………………………………………………… １．2国内外研究现状和进展………………………………………………… 1.2．１国外研究现状 …………………………………………………… 1．２.１国内研究现状 …………………………………………………… 1.3 本文的主要内容…………………………………………………………… ２ 有源电力滤波器及其谐波源研究……………………………………………… 2.1 谐波的基本概念………………………………………………………… 2.1.1 谐波的定义……………………………………………………… 2.1.2谐波的数学表达………………………………………………… 2.1．3电力系统谐波标准………………………………………………… 2.２ 谐波的产生……………………………………………………………… ２．3 谐波的危害和影响……………………………………………………… ２.4 谐波的基本防治方法…………………………………………………… 2.5无源电力滤波器简述…………………………………………………… 2.6 有源电力滤波器介绍…………………………………………………… 2.６.１ 有源滤波器的基本原理．……………………………………… 2.6．２ 有源电力滤波器的分类.……………………………… 2.７并联型有源电力滤波器的补偿特性…………………………………… 2.7．１谐波源………………………………………………………… 2.７．2有源电力滤波器补偿特性的基本要 求…………………………… ２.7.３影响有源电力滤波器补偿特性的因素…………………………… 2．7.4并联型有源电力滤波器补偿特性……………………………… 2.８ 谐波源的数学模型的研究……………………………………………… ２.8.1 单相桥式整流电路非线性负荷………………………………… 2.8.2 三相桥式整流电路非线性负荷.………………………………… ３ 基于瞬时无功功率的谐波检测方法…………………………………………… 3．1谐波检测的几种方法比较…………………………………………… 3.２三相电路瞬时无功功率理论…………………………………………… ３．２.１瞬时有功功率和瞬时无功功 率……………………………………… 3.2．2瞬时有功电流和瞬时无功电流……………………………………… 3.3 基于瞬时无功功率理论的p q -谐波检测算法．…………………… 3.４基于瞬时无功功率理论的p q i i -谐波检测法.…………………… ４并联有源电力滤波器的控制策略…………………………………………… 4.1并联型有源电力滤波器系统构成及其工作原理………………………… ４.2并联有源电力滤波器的控制研究.……………………………… ４．２.１并联有源电力滤波器直流侧电压控制…………………… 4．2．2有源电力滤波器电流跟踪控制技术…………………………… 4.2．２．1 P ＷM 控制原理………………………………………… ４.2.２.2滞环比较控制方

谐波抑制的方法及其特点

电力系统谐波抑制方法及其特点分析 随着电力电子技术的发展，接入电网的整流、换流设备和其他各种非线性负荷设备日益增加，这些电气设备产生大量的谐波电流注入电网，危及电力设备、用户设备和电力系统的安全运行。必须采取措施，抓紧治理，抑制电力系统谐波，把电网中的谐波含量控制在允许范围之内[1]。 电力系统谐波抑制是改善电能质量、净化电网的一个重要方面。对谐波抑制的方法主要有三种途径:第一种是在谐波源上采取措施，从改进电力电子装置入手，使注入电网的谐波电流减少，也就是最大限度地避免谐波的产生；第二种是在电力电子装置的交流侧利用LC无源滤波器和电力有源滤波器对谐波电流分别提供频域谐波补偿和时域谐波补偿。这类方法属于对已产生的谐波进行有效抑制的方法;第三种就是改善供电环境[2]。 1、降低谐波源的谐波含量 降低谐波源的谐波含量也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用，并避免因加装消谐装置而引发的其它负面影响。具体方法有: 1.1 增加换流装置的脉动数 换流装置是电网中的主要谐波源之一，其产生的谐波主要集中在特征谐波，非特征谐波含量通常很少，特征频谱为:n=kp士1，则可知脉动数p增加，n也相应增大，而工n、工l/n，故谐波电流将减少。因此，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。例如:当脉动数由6增加到12时，可有效的消除幅值较大的低频项，从而使谐波电流的有效值大大降低。 1.2 利用脉宽调制(PWM)技术 PWM技术，就是在所需的频率周期内，通过半导体器件的导通和关断把直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲，可达到抑制谐波的目的。若要消除某次特定谐波，可在控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性，根据输出波形的傅里叶级数展开式，使需要消除的谐波幅值为零，基波幅值为给定量，组成非线性超越方程组计算各个开关通断时刻，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的。PwM技术的优点是在载波频率高时，输出中所含低次谐波分量很小，从而提供了功率因数。目前被采用的PWM技术有最优脉宽调制(OPWM)、改进正弦脉宽调制、△调制、跟踪型PWM和自适应PWM控制等。 1.3 三相整流变压器采用Y，d(Y/△)或D，y(△/Y)的接线方式 这种接线方式可抑制3的倍数次的高次谐波，也可作为隔离变压器使用。以△/Y形接线方式为例:当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组内时，其中3的倍数次高次谐波电流无路可通，所以自然就被抑制而不存在。但将导致铁心内出现3的倍数次高次谐波磁通(三相相位一致)，而该磁通将在变压器原边绕组内产生3的倍数次高次谐波电动势，从而产生3的倍数次的高次谐波电流。因为它们相位一致，只能在三角形绕组内产生环流，将能量消耗在绕组的电阻中，故原边绕组端子上不会出现3的倍数次的高次谐波电动势，不致使谐波注入公共电网。作为隔离变压器使用时，可使3N次谐波电流与配电系统相隔离。这种接线形式的优点是可以自然消除3的整数倍次的谐波。 1.4 采用多电平变流技术 也称整流电路的多重化，即将多个方波叠加，以消除次数较低的谐波，从而

谐波分析产生原因,危害,解决方法

谐波分析 一、谐波的相关概述 谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般来说是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量，其实谐波是一个正弦波分量。 谐波产生的根本原因是非线性负载造成电网中的谐波污染、三相电压的不对称性。由于非线性负荷的存在,使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形,其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。当非正弦波形的电流在供电系统中传输时,将迫使沿途电压下降,其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变,这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。 电力系统中的谐波源主要有以下几类：（1）电源自身产生的谐波。因为发电机制造的问题，使得电枢表面的磁感应强度分布偏离正弦波，所产生的电流偏离正弦电流。（2）非线性负载，如各种变流器、整流设备、PWM变频器、交直流换流设备等电力电子设备。（3）非线性设备的谐波源，如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振设备和变压器等。 二、谐波的危害 谐波对电力系统的危害主要表现在:(1)谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率。(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,引发严重事故。(4)谐波会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确。(5)谐波对临近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量;重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。 三、谐波的分析 由于谐波导致的各种各样的事故和故障的几率一直在升高，谐波已成为电力系统的一大公害。我国对于谐波相关工作的研究大致起源于20世纪80年代。我国国家技术监督局于93年颁布了国家标准《电能质量——公用电网谐波》（GB/T 14549-1993）。该标准对公用电网中各个等级的电压的限用值、电流的允许值等都做了相应的规定，并以附录的形式给出了测量谐波的方法和数据处理及测量仪器都作了相应的规定。这个规定给我国相关人员进行谐波检测分析、谐波污染的抑制提供了理论依据和大致思路。

谐波工作原理

谐波工作原理 1.什么是电力谐波 理想上，电力系统只供应纯基波成份之无污染正弦波形，其电源频率仅50Hz（或60Hz）。但现代诸多工业或信息设备均为非线性负载，其负载电流波形并非纯正弦波，畸变的波形中可被分析出许多整数倍于基波频率的成份，这些基频以外之交流周期性波形即称为谐波。若其频率为基波的n倍，则称之为n次谐波，如250 Hz为50 Hz的5倍则称为5次谐波。 1 其中K1为基波成份之有效值 Kn为各谐波成份之有效数值（n分别为2, 3…） K1 is rms of fundamental wave. Kn is rms of each single harmonic. (n = 2, 3 …) 欲表示某单一谐波之污染量，则可采用 Single harmonic distortion can show as below SHDn(%) = Kn ? 100% K1 2.电力谐波的影响 当谐波严重污染电力系统时，除影响系统供电品质外，亦可能破坏电力设备或影响设备之正常运转，如功因改善电容器打穿，变压器及电缆过载或绝缘破坏等事故；当电力系统中电压闪烁污染严重时，会造成日光灯或白炽灯等灯具光度的闪变，使人的眼睛产生不舒适感觉；当三相负载严重失衡时，造成三相电压不平衡导致感应马达线圈异常过热，或干扰邻近计算机，导致荧光幕扭曲；当雷击或开关、电容器切换时引起之瞬时突波，可能使电力设备因过电压或过电流而发生故障；当雷击、盐害或人为与天灾引起之事故，导致系统电压骤降（Voltage sags）与骤升（Swell），可能造成电力设备欠压或过压，导致保护电驿动作，造成电力中断。故电力品质测量分析与改善技术之研究为当今各国电力公司与工业界工作之重点。 谐波存在电力系统中将可能引起若干问题： The effect of harmonic could cause many problems： 系统或负载过电压、过电流 System or load over-voltage, over-current. 因集肤效应因而引起的电缆温升破坏及严重降压 Because of skin effect, the temperature of wire cable rise and serious voltage step down. 变压器马达及发电机等的铜损、铁损增加而过温

谐波产生的根本原因及治理对策

谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流,以便把谐波 电压控制在限定值之内,抑制谐波电流主要有四方面的措施: 1)降低谐波源的谐波含量。也就是在谐波源上采取措施,最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极,能够提高电网质量,可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。2)采取脉宽调制(PWM)法。采用脉宽调制(PWM)技术,在所需要的频率周期内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲,这种方法可以大大抑制谐波的产生。3)在谐波源处吸收谐波电流。这类方法是对已有 的谐波进行有效抑制的方法,这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。4)改善供电系统及环境。对于供电系统来说,谐波的产生不可避免,但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保持三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡,可以有效地减小谐波 对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电,承受谐波的能力将会 增大。对谐波源负荷由专门的线路供电, 减少谐波对其它负荷的影响,也有助于集中抑制和消除高次谐波。 谐波的产生原因及其危害介绍 一、概述 在理想的情况下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50Hz为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。[/B][/size] 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注，为保证供电系统中所有的电气，电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作，必须采取有力的措施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。

整流器件的谐波抑制仿真

整流器件的谐波抑制仿真 ：The use of nonlinear loads in power system make harmonic pollution ，in order to solve the harmonic pollution ，active power filter is used. This paper introduces the basic principles of active filter ，and establishs a Matlab / Simulink simulation model and analysis. The results show that the active filter has good compensation characteristic. 0 引言随着电力电子技术的迅速发展和电力电子装置的应用越来越广泛，电磁环境受到严重的污染，电网谐波污染问题成为一个非常严峻问题。此外电网中使用的异步电动机、变压器和电弧炉等负荷消耗大量的无功功率，若得不到及时补偿将致使电网电压波动、供电设备容量增加、损耗增加。因此，谐波补偿成为当前的一个非常严峻的问题。 谐波抑制的手段主要包括无源滤波和有源滤波。无源滤波器是由电容器和电抗器串联而组成的，并且调谐在某种特定的谐波频率，对它所调谐的谐波具有一个低阻抗作用；有源滤波器是产生与其所测得的畸变的谐波电流的相位相反的一组谐波电流，谐波电流因此被抵消并且最终变成一个没有畸变的正弦波。本文中 主要介绍并联型有源滤波器的原理，并进行MATLAE仿真和分析。

1并联有源滤波器的工作原理 系统的主要组成包括：指令电流运算电路、电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路。Is 为电网提供的电流，il 为负载电流，ic 为有源滤波器的输出电流。基本原理为当需要对非线性负载所产生谐波电流进行补偿时，由检测电路测量出补偿对象负载电流il 中的谐波电流成分iLh ，将它相位相反后当作要补偿电流的指令信号，因此由补偿电流发生电路产生的补偿电流ic 和负载电流中的谐波信号iLh 等大、反相，补偿电流与电网中的谐波和无功电流相消，因此电网的电流和负载的基波电流相等，使的电源电流变为正弦波。 2有源滤波器的Matlab 仿真研究 2.1谐波检测谐波电流检测法有很多，包含用模拟带通滤波器，傅立叶变换谐波检测分析，瞬时无功功率谐波检测等等。本文采用的办法是基于瞬时无功功率的谐波检测法，其基本原理如图2 所示。 图2 中： C=sin s t -cos s tcos s t sin 3 t , =■ 1 -1/2 -1/20 ■ 12 -■/2 其中 ia 、ib 、ic 分别为谐波补偿之前 a、b、c 的三相电流，输入电流ia、ib、ic通过C32坐标变换后使其再经过滤波器(LPF)，然后再经过一次C32反变换后就可以得到基波电流分量

电力谐波的产生原因及其抑制方法

电力谐波的产生原因及其抑制方法 随着工业的快速发展，在电力系统中，非线性负荷大量增加。这样的非线性负荷在电网中产生的干扰越来越严重，也越来越复杂化，使得电网的供电质量越来越差，对同一电网的其他用电设备和小型用户的影响越来越大。在电力系统中，谐波污染与电磁干扰、功率因数降低成为了三大公害。 一、谐波产生的原因 谐波是指一个电气量的正弦波分量．其频率为基波频率的整数倍，不同频率的谐波对不同的电气设备会有不同的影响。谐波主要由谐波电流源产生，当正弦波(基波)电压施加到非线性负载上时，负载吸收的电流与其上施加的电压波形不一至，其电流发生了畸变。由于负载与整个网络相连接，这样畸变电流就可以流人到电网中，这样的负载就成了电力系统中的谐波源。 二、谐波源的种类 在电力系统中产生谐波的主要谐波源有两种。 1．含有半导体等非线性电气元件的用电设备。比如工业中常见的各种整流电气装置、大容量变频器、大型交直流变换装置以及其他的电力、电子装置。 2．含有电弧和铁磁材料等的非线性材料的用电设备，比如电弧炉、变压器、发电机组等电气设备。 三、谐波的危害 1．使供电线路和用电设备的热损耗增加。 (1) 谐波对线路的影响 对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外，在电力系统中，由于中性线电流都很小，所以其线径一般都很细，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路，甚至引起火灾。 而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿，造成恶性事故。 (2) 对电力变压器的影响 谐波电琏的存在增加了电力变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损，对带有不对称负荷的变压器来说，会大大增加励磁电流的谐波分量。 (3)对电力电容器的影响 由于电容器对谐波的阻抗很小，谐波电流叠加到基波电流上，会使电力电容器中流过的电流有很大的增加，使电力电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。同时，谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振，并又施加到电网中。 (4)对电机的影响 谐波会使电机的附加损耗增加，也会产生机械震动，产生甚至引起谐波过电压．使得电机绝缘损坏。 2．对继电保护和自动装置的影响 对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低．容易引起系统故障或使系统故障扩大。 3．对通信线路产生干扰。 在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁耦合，会在邻近电力线路

电力系统谐波分析及抑制技术研究

电力系统谐波分析及抑制技术研究 发表时间：2018-04-11T09:51:58.123Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：杜占科杨正张彬[导读] 摘要：谐波的存在会增加电网的供电损耗。并影响电网的安全运行。 （国网新疆电力公司阿克苏供电公司新疆阿克苏市 843000）摘要：谐波的存在会增加电网的供电损耗。并影响电网的安全运行。因此，如何抑制电网谐波引起了广泛的讨论。本文论述了当前电力系统谐波的产生的主要原因，并分析了电力谐波的危害，提出了几种电力谐波的抑制技术，为电力系统谐波问题提供帮助。 关键词：电力系统；谐波；危害；滤波器；抑制在电力系统用电，输电，发电等过程中，谐波已成为不可避免的问题，其已危及电力产生和输送以及用电方的安全运行。鉴此，分析谐波并最大限度地抑制谐波成为电力系统工作的重要课题。下面，就电力系统谐波及其危害进行详细分析，并提出有效的抑制谐波措施。 1.电力系统的谐波 （1）用电技术方面。在现代电力系统中，随着人们节能意识的加强以及电力电子技术的发展，众多通过电力电子开关、以非正弦电流方式高效用电的新型非线性负载得到了广泛的应用。这些以非正弦电流方式用电的新型非线性负载已经成为当今电力负载中最主要的谐波源。1992年，日本电气学会对其国内产生谐波的行业按比例进行了一个统计，除楼宇中的部分照明电源、冶金行业的电弧炉外，其他行业的谐波源大多来自电力电子装置，根据日本电气学会的统计，其比例高达90%。从表中还可以看出，来自楼宇的谐波源所占比例高达40.6%，其谐波主要由办公及家用电器等产生。可见，谐波畸变不再是工业设备所特有的现象，如今谐波现象已经蔓延到电力升降机、不间断电源、电视机、个人计算机等商业和居民用电设施中的电子设备。 （2）发电技术方面。由于当今社会对常规化石能源的需求日益增加，能源耗尽的危机日益严重，人们开始追求对清洁、无污染的新能源的开发利用。在电力生产中，许多利用清洁无污染的可再生能源发电的发电方式，如风能发电、太阳能发电、燃料电池发电等发电方式得到了越来越广泛的应用。这些新型电源大多以非正弦、非工频的方式供电，而传统公用电网是以三相电压、电流的对称正弦要求为发电与用电的品质指标。传统公用电网为了接纳非正弦、非工频的新型电源，一般通过电力电子电能转换装置将非正弦、非工频的电源转换为正弦、工频的交流电源，从而实现不同频率的电源或电网的同步运行。比如在输送风电的过程中，一般采用变频装置将风电接入电网，在此过程中，变频装置将会向电网注入一定数量的谐波，使得电网谐波来源更加复杂。 （3）输电技术方面。为了提高电压质量和系统的稳定性以及解决大容量远距离输电等问题，柔性交流输电技术和高压直流输电技术得到极大的发展和应用。柔性交流输电技术和高压直流输电技术以电力电子技术为支撑，通过电力电子装置实现对电网运行方式的灵活控制、调节，以实现对电能的安全、高效、经济输送。这些电力电子装置主要包括：用于提供无功功率补偿以改进电网电压控制和系统稳定性的静态无功补偿器（SVC）；用于提高输电线路输电容量和改善线路运行情况的可控串联补偿装置（TCSC）；用于电网潮流控制的统一潮流控制器（UPFC）以及用于高压直流输电技术的高压直流换流器等。上述电力电子装置大多数具有一个共同特性，就是产生谐波。因此，在使用这些装置对输电技术进行改造时，对其产生的谐波不得不进行一个详细的评估。 2.谐波的危害 谐波注入电力系统将会严重恶化电网的电气运行环境，危害电力系统的安全、稳定运行，同时，还会对电网电气设备以及用户用电设备的安全造成危害。 首先，对整个电网来说，谐波的产生与输送，将在输电网中增大网损，降低电能传输的效率；谐波电流在线路中引起畸变压降，降低了电网的电压质量；新型非线性负载的间断性用电方式降低了电源电压的工作效能；谐波电流恶化交流电能传输中的电气环境，易引发系统崩溃。 其次，对电网中的电气设备而言，因为电网中的电气设备是按工频、正弦电流工作方式设计的，谐波电流流过将会影响其最佳工作状态。例如：谐波电流会对电机、变压器等电磁设备的绕组及铁芯引起额外发热，使损耗增加，降低电磁设备的使用寿命；谐波电流会影响功率处理器、互感器的测量精度，引起电力测量的误差；谐波电流有可能造成继电保护装置、自动控制装置的工作紊乱；谐波电流的存在还可能会降低断路器、熔断器等设备的开断能力。 此外，随着工业控制技术的发展，工业生产中许多精密仪器、复杂的控制系统等对电能质量的要求也越来越高。谐波电流对其造成的影响，有可能会使工业生产造成巨大的经济损失。 3.电力系统的谐波抑制技术 如前文所述，电力系统谐波造成低劣的供电电能质量，严重危害电力系统的安全稳定运行和电网电气设备、用户用电设备的安全。在现有的技术水平下，为避免谐波的危害，保障电网及用户的利益，对电力系统的谐波抑制，已经成为电气工程学科的一个热门研究领域。目前对电力系统谐波抑制的方法主要可以分为预防性电力谐波抑制技术和补救性电力谐波抑制技术两种方法。 3.1预防性电力谐波抑制技术 预防性电力谐波抑制技术是指在设计构建系统或设备的过程中，通过选取合理的线路结构及元件参数，避免产生谐波或减少谐波。常见的预防性电力谐波抑制技术有如下几种：（1）利用设备的电气特性。该方法主要是对电气设备采用有效的接线方法或结构形式来减少或消除接入电力系统的设备所产生的谐波。比如对于变压器来说，其绕组采用三角形的接线方式能隔断3倍频谐波电流的流通。 （2）配电网重构。对多个谐波源同时接入电网的情况，可通过对配电网重构的方法，实现降低公共连接点总的谐波限值。这种方法是通过对配电网中的负荷进行再分配，限制负荷中非线性负荷的比例，控制非线性负荷产生的谐波电流在一定的范围内，使公用母线上的谐波电流限值不超过电力部门制定的标准。该方法只是达到降低谐波限值的目的，并没有达到谐波隔离的效果，谐波电流仍会注入电网中，有可能对电网及其他用户造成损害。显然，这并不是一种合理的谐波抑制的方法。（3）多脉波整流技术和高功率因数PWM整流技术。多脉波整流技术是将两个或更多个相同结构的整流电路按一定的规律组合，将整流电路进行移相多重联结，利用各整流负载的谐波电流相位差，使其相互叠加后可削弱或抵消电源输入端的部分谐波电流。例如12脉波整流技术可以有效削弱5次和7次谐波，24脉波整流技术可以有效消除11次和13次谐波。随着技术的发展，多脉波整流技术的脉波数可以达到一个很高的值，但同时也使系统结构更为复杂，需要对其可靠性、经济性等因素进行全面衡量。

家用电器的谐波分析与抑制

图1　无源滤波电路图 2　T DA 4817G 管脚排列与管脚功能图 图3　T DA 4817G 应用电路图 家用电器的谐波分析 与抑制 浣喜明　湘潭机电高等专科学校(411101) 本文分析了家电产品对电网谐波的影响,介绍了功率因数的有源和无源校正方法。 关键词:家用电器　电网谐波　PF C 家用电器中采用电力电子线路取代传统电路,使其性能得到了很大的改善,但是它也产生大量的高次谐波注入电网,使电压、电流波形畸变,功率因数下降(严重时可降至0.6左右),这导致供电线路和变压器过热,用电器的额定值降低,常常引发设备事故。1　家用电器对电网谐波的影响 电网中存在非线性负载,这是产生高次谐波的主要原因。 各种家用电器中往往包含有可控或不可控的整流电路和大容量滤波电容等非线性元件,整流过程中二极管的导通角很小,它使输入交流电流不再呈正弦波,而是大幅度的尖脉冲,这种波形的电流,其基波分量很小,含有大量的高次谐波并注入电网。 电视机、影碟机、录相机、微型计算机等家用电器大都采用开关电源,它的变换频率高,电流波形为非正弦波,是家用电器中主要的谐波源。 随着家用空调器、电冰箱、电烤箱、微波炉等大功率电器的日益普及,电网三相低压不平衡的现象越来越严重,这也会使电网电流波形畸变,产生有害的谐波。 2　家用电器谐波的抑制措施 抑制谐波实质上是进行功率因数校正(Pow er F acto r Cor rection,简称 PF C )。功率因数校正分为无源校正和有源校正。 2.1　家用电器功率因数的无源校正 在电路中加入LC 滤波器来消除电流谐波、提高功率因数的方法称为无源校正。一种常用的无源滤波电路如图1所示,图中L 1、L 2、C 1、C 2和二极管D 5、D6、D7、C3、C4组成电源滤波器,这种电 路功率因数可达0.95,总电路谐波含量小于20%,它电路简单、成本低、适合各种家用电器的功率因数校正,但其谐波含量高、装置体积大是它的缺点。2.2　家用电器功率因数的有源校正 为了克服无源校正的缺点,在传统整流电路中加入有源开关,通过控制开关的通断强迫输入电流跟随输入电压变化,从而获得接近于1的功率因数,这种方法称为有源校正。 西门子公司生产的T DA 4817G 是一种性能价格比很高的单片P FC 控制IC ,适合几十至几百伏安的小功率家用电器的功率因数校正。它采用DIP 8封装,其 管脚排列与管脚功能如图2所示。 T DA 4817G 由误差放大器、电流比较器、零电流检测器、单象限乘法器、逻辑电路驱动器、内部电源等组成,是典型的变化频率断续工作电流型PF C 控制IC 。图3是T D A 4817G 的典型应用电路。理论和实际都证明,经T DA 4817G 校正后,输入交流电流与交流电压的波形均为平滑的正弦波,且相位同步。该电路作为一种升压变换电路,输入电压220V ,输出电压380～450V ,功率容量40～300W ,电路总谐波畸变 T HD 小于8%,线路功率因数大于0.99,效率可达 ?10?1 1998 家用电器科技 □综　述