整流电路的谐波分析
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2 2
I
n2
2 n
1 为电压与基波电流间的相位差
1.2无功的基本概念
三相电路的功率因数： 对称：
P S P S
不对称：没有统一定义
理论依据不充分
关于无功、功率因数的计算值得探讨
3.谐波的产生与危害
主要谐波源： 传统非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉等。 现代电力电子非线性设备 由于电力电子设备在各行业的大量应用，作为非线性设备 （谐波源）衍生物的电力谐波也比较普遍，根据日本电 气学会对186家有代表性的电力用户的调查结果，无谐 波源的用户仅占6％，主要谐波源来自90％的电力电子 装置用户，电力电子变换装置是目前主要的谐波源。
-50
-10
-50
-1
-100 0.5 0.505 0.51 0.515 time(s) 0.52 0.525
-20 0.53
-100 0.5 0.505 0.51 0.515 time(s) 0.52 0.525
-2 0.53
-400 0.10
0.12
0.14
0.16无功的基本概念
2） 非线性电路：
P, S 定义与线性电路相同
P U d I d U n I n cos n
n 1
S UI
U I
n 1 n n 1
n
U1 I1 1 THDu2 1 THDi2
2.无功的基本概念
Q 至今没有被广泛接受的权威定义
Q S 2 P2
3.谐波的产生与危害 谐波的危害：
1、线路损耗增加，传输能力下降 2、引起谐振和谐波的放大 3、使电机和变压器损耗增加，引起电机机械 振动 4、对继电保护、通信系统产生干扰
3.谐波的产生与危害
项目：浙江移动公司 问题描述：浙江移动公司两台250kVA的UPS在运行中产生了大量的谐 波，和其它的非线性负载产生的谐波叠加，导致电压总畸变率达到 6.2%，不符合通信配电系统的要求。 治理措施：应用1套AccuSine/3L-100A进行谐波治理
11
11 h 17 17 h 23 23 h 35 35 h
I sc / I L
THD 5.0 8.0 12.0
<20* 20<50 50<100
4.0 7.0 10.0
2.0 3.5 4.5
1.5 2.5 4.0
0.6 1.0 1.5
0.3 0.5 0.7
100<1000
Q U n I n sin n
n1
2 Q2 Q2 D f
Q f 同次谐波电压 谐波电流产生的无功
D 不同次谐波电压 谐波电流产生的无功
2.无功的基本概念
公用电网中，通常电压的波形畸变很小
u 2U sin t P UI1 cos 1 Q f UI1 sin 1 D U
二极管整流电路 电容滤波
可控硅整流电路 电阻负载，相角30度
PWM整流器 整流状态
current(A)
100
10
三相电压型PWM整流器
idc iL Sa
O
三相电压型 PWM整流器
Sb
a
b
Sc
RL uo
ea eb ec
L L L
R R R
ia ib ic
C
c
Sa '
Sb '
包含零序、正序、负序分量
2.无功的基本概念
1） 线性电路：
u 2U sin t
i 2 I sin( t ) 2 I cos sin t 2 I sin cos t i p iq
有功： P UI cos 无功： Q UI sin 视在：S UI
>1000
12.0
15.0
5.5
7.0
5.0
6.0
2.0
2.5
1.0
1.4
15.0
20.0
Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits above.
Current distortions that result in a dc offset, e.g., half-wave converters, are not allowed.
*All
power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless of actual .
Where = maximum short-circuit current at PCC. = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC.
电气和电子工程师协会标准（IEEE标准519～1981） 定义谐波为：谐波为一个周期电气量的正弦波分量，其 频率为基波频率的整数倍。
1.谐波基本概念
谐波含有率
Un n 次谐波电压含有率 HRU n U 100% 1 In n 次谐波电流含有率 HRI n I 100% 1
总畸变率THD（Total Harmonic Distortion):
4.谐波标准
国际的谐波标准：IEEE519,国际电工委员会（IEC)制 定的 IEC61000系列标准，欧洲电工标准化委员会批准的 EN等
技术指标：电压总谐波畸变率、各次电压含有率、谐 波电流的限制值、用户注入电网谐波电流的限制值。
在我国，1993 年发布了国家标准GB/T14549-93 主要内容有：不同谐波源的谐波叠加计算、0.38～110kV 各级电网电压总谐波畸变率限制、用户注入电网谐波电 流允许值等。
控制系统的建模实例_三相电压型PWM整流器
研究背景及意义
×
×
100 2
400 300
√
40
100
20
Ec
30 20
50
voltage(V)
10
current(A)
50
voltage(V)
1
current(A)
200
voltage(V)
0
0
0
0
0 -100 -200 -300
ic
0 -10 -20 -30
2.5整流电路的谐波与功率因数
1. 谐波基本概念
正弦电压，可表示为：
u (t ) 2U sin(t )
其中 U －电压有效值 －初相角 －角频率
1.谐波基本概念
非正弦电压，可表示为：
u (t ) A0 ( Akm cos kt Bkm sin kt )
UH THDu 100% U1
（1-5）
UH
IH THDi 100% I1
2 Uk
谐波成分有效值
k 2
IH
k 2
2 Ik
1.谐波基本概念
对称三相电路：幅值相等，相位相差 120
ua 2U n sin(n t n )
n 1
ub
n 1
k 1
U d U km sin(kt k )
k 1
Ud
直流分量 U km 交流分量幅值
1.谐波基本概念
国际电工（IEC: International Electrotechnical Commission）标准（IEC555-2,1982）定义谐波 为： 谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1 的 次分量。 h 谐波次数 定义为： 谐波频率和基波频率之比。
N
Sc '
2 2U n sin[n( t ) n ] 3 2 2U n sin[n( t ) n ] 3
零序谐波 正序谐波 负序谐波
uc
n 1
n 3k n 3k 1 n 3k 1
1.谐波基本概念
不对称三相电路：
n 3k ,3k 1,3k 1
4.谐波标准
国家标准GB/T14549-1993
表1 国家标准GB/T14549-1993
电网标称 电网总谐波畸变 各次谐波电压含有率% 电压（kV） 率 奇次 偶次 % 0.38 5.0 4.0 2.0 6 10 35 3.0 2.0 2.1 1.6 1.2 0.8 4.0 3.2 1.6
66
110
4.谐波标准
表2 低压电网谐波标准GB/T14549-1993
4.谐波标准
IEEE STD. 519-1992 表1-3IEEE STD. 519-1992
Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of . Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)
I
n2
2 n
1 为电压与基波电流间的相位差
1.2无功的基本概念
三相电路的功率因数： 对称：
P S P S
不对称：没有统一定义
理论依据不充分
关于无功、功率因数的计算值得探讨
3.谐波的产生与危害
主要谐波源： 传统非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉等。 现代电力电子非线性设备 由于电力电子设备在各行业的大量应用，作为非线性设备 （谐波源）衍生物的电力谐波也比较普遍，根据日本电 气学会对186家有代表性的电力用户的调查结果，无谐 波源的用户仅占6％，主要谐波源来自90％的电力电子 装置用户，电力电子变换装置是目前主要的谐波源。
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-50
-1
-100 0.5 0.505 0.51 0.515 time(s) 0.52 0.525
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0.16无功的基本概念
2） 非线性电路：
P, S 定义与线性电路相同
P U d I d U n I n cos n
n 1
S UI
U I
n 1 n n 1
n
U1 I1 1 THDu2 1 THDi2
2.无功的基本概念
Q 至今没有被广泛接受的权威定义
Q S 2 P2
3.谐波的产生与危害 谐波的危害：
1、线路损耗增加，传输能力下降 2、引起谐振和谐波的放大 3、使电机和变压器损耗增加，引起电机机械 振动 4、对继电保护、通信系统产生干扰
3.谐波的产生与危害
项目：浙江移动公司 问题描述：浙江移动公司两台250kVA的UPS在运行中产生了大量的谐 波，和其它的非线性负载产生的谐波叠加，导致电压总畸变率达到 6.2%，不符合通信配电系统的要求。 治理措施：应用1套AccuSine/3L-100A进行谐波治理
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11 h 17 17 h 23 23 h 35 35 h
I sc / I L
THD 5.0 8.0 12.0
<20* 20<50 50<100
4.0 7.0 10.0
2.0 3.5 4.5
1.5 2.5 4.0
0.6 1.0 1.5
0.3 0.5 0.7
100<1000
Q U n I n sin n
n1
2 Q2 Q2 D f
Q f 同次谐波电压 谐波电流产生的无功
D 不同次谐波电压 谐波电流产生的无功
2.无功的基本概念
公用电网中，通常电压的波形畸变很小
u 2U sin t P UI1 cos 1 Q f UI1 sin 1 D U
二极管整流电路 电容滤波
可控硅整流电路 电阻负载，相角30度
PWM整流器 整流状态
current(A)
100
10
三相电压型PWM整流器
idc iL Sa
O
三相电压型 PWM整流器
Sb
a
b
Sc
RL uo
ea eb ec
L L L
R R R
ia ib ic
C
c
Sa '
Sb '
包含零序、正序、负序分量
2.无功的基本概念
1） 线性电路：
u 2U sin t
i 2 I sin( t ) 2 I cos sin t 2 I sin cos t i p iq
有功： P UI cos 无功： Q UI sin 视在：S UI
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15.0
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Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits above.
Current distortions that result in a dc offset, e.g., half-wave converters, are not allowed.
*All
power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless of actual .
Where = maximum short-circuit current at PCC. = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC.
电气和电子工程师协会标准（IEEE标准519～1981） 定义谐波为：谐波为一个周期电气量的正弦波分量，其 频率为基波频率的整数倍。
1.谐波基本概念
谐波含有率
Un n 次谐波电压含有率 HRU n U 100% 1 In n 次谐波电流含有率 HRI n I 100% 1
总畸变率THD（Total Harmonic Distortion):
4.谐波标准
国际的谐波标准：IEEE519,国际电工委员会（IEC)制 定的 IEC61000系列标准，欧洲电工标准化委员会批准的 EN等
技术指标：电压总谐波畸变率、各次电压含有率、谐 波电流的限制值、用户注入电网谐波电流的限制值。
在我国，1993 年发布了国家标准GB/T14549-93 主要内容有：不同谐波源的谐波叠加计算、0.38～110kV 各级电网电压总谐波畸变率限制、用户注入电网谐波电 流允许值等。
控制系统的建模实例_三相电压型PWM整流器
研究背景及意义
×
×
100 2
400 300
√
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voltage(V)
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current(A)
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voltage(V)
1
current(A)
200
voltage(V)
0
0
0
0
0 -100 -200 -300
ic
0 -10 -20 -30
2.5整流电路的谐波与功率因数
1. 谐波基本概念
正弦电压，可表示为：
u (t ) 2U sin(t )
其中 U －电压有效值 －初相角 －角频率
1.谐波基本概念
非正弦电压，可表示为：
u (t ) A0 ( Akm cos kt Bkm sin kt )
UH THDu 100% U1
（1-5）
UH
IH THDi 100% I1
2 Uk
谐波成分有效值
k 2
IH
k 2
2 Ik
1.谐波基本概念
对称三相电路：幅值相等，相位相差 120
ua 2U n sin(n t n )
n 1
ub
n 1
k 1
U d U km sin(kt k )
k 1
Ud
直流分量 U km 交流分量幅值
1.谐波基本概念
国际电工（IEC: International Electrotechnical Commission）标准（IEC555-2,1982）定义谐波 为： 谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1 的 次分量。 h 谐波次数 定义为： 谐波频率和基波频率之比。
N
Sc '
2 2U n sin[n( t ) n ] 3 2 2U n sin[n( t ) n ] 3
零序谐波 正序谐波 负序谐波
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n 1
n 3k n 3k 1 n 3k 1
1.谐波基本概念
不对称三相电路：
n 3k ,3k 1,3k 1
4.谐波标准
国家标准GB/T14549-1993
表1 国家标准GB/T14549-1993
电网标称 电网总谐波畸变 各次谐波电压含有率% 电压（kV） 率 奇次 偶次 % 0.38 5.0 4.0 2.0 6 10 35 3.0 2.0 2.1 1.6 1.2 0.8 4.0 3.2 1.6
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4.谐波标准
表2 低压电网谐波标准GB/T14549-1993
4.谐波标准
IEEE STD. 519-1992 表1-3IEEE STD. 519-1992
Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of . Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)