网侧变流器谐波分析
实例分析谐振抑制方案
实例分析谐振抑制方案1.引言2011年12月，京九南线11个牵引变电所陆续受电，从2012年3月份开始逐步出现电压过高烧损设备，频次越来越多，至2013年5月为确保牵引变电所内的设备安全运行，将京九南线27.5KV自用变全部由主用转为备用止共发生设备烧损144件次。
经测试、研究分析，初步认为和谐型（HXD）电力机车产生的高次谐波含量与过电压存在一定的联系，尤其当电力机车、接触网线路及所内设备的系统参数不匹配，供电臂较长时，就在某一点上引起铁磁谐振，从而导致产生谐振过电压并烧损设备等现象。
除本线外，达成线、合武线、合宁线等等均出现过谐振过电压烧坏设备的现象。
而且谐波谐振问题在许多国家高速铁路建设中都存在，并得到高度重视，因此都在这方面开展了相关工作，并采取有效措施抑制谐振的产生。
下面结合HXD车型特点，对主流治理方案进行初步探讨。
2.HXD交流牵引机车特征HXD车型采用交流牵引，其供电原理图如图1所示。
其整流逆变模块采用全控器件，应用PWM技术对波形进行调制，因此，其工作波形更接近正弦波，且电流与电压的相位基本同步。
所以，交直交型机车基本不产生传统意义的受控于工频的低次谐波，仅产生与开关频率相关的高次谐波，频谱特征为（n=1、3、5…时，k=0、2、4…；n=2、4、6…时，k=1、3、5…），式中ωc为载波频率（开关频率）；ωr为调制波频率。
图1 交直交型电力机车工作原理图3.电气化铁路谐振特征诱发电气化铁路谐波谐振的最大特点在于其谐波注入点连续分布于整个铁路沿线；同时存在丰富的谐波频谱注入源沿此网络移动注入。
因此，随着外界条件（系统频率、系统运行方式等等）的变化，特别是丰富的谐波频谱的移动注入，随着车辆的移动，其等效电路等值阻抗时刻在变化，极易诱发谐振现象。
就目前发生的多起事件而言，其特征表现为：谐振频率多在11次以上（由牵引网结构和参数确定）；谐振点与列车运行的位置有关；谐振的诱发与机车类型有关（亦即与谐波源特征有关）4.谐振抑制技术探讨针对谐振产生的机理，其抑制措施主要为破坏谐振产生的条件。
牵引变流器网侧电流谐波抑制研究
牵引变流器网侧电流谐波抑制研究涂晨阳;成庶;肖振鹏【摘要】作为电力机车牵引传动系统核心部件的牵引变流器是牵引供电网的主要谐波来源之一;牵引变流器采用的单相四象限整流器,输出含有二次脉动,且工作开关频率较低,导致变流器网侧电流谐波问题严重;目前单相四象限整流器的控制脉冲产生主要采用SPWM技术;与SPWM相比,SHEPWM(特定谐波消除PWM)可以针对性的消除特定的谐波,谐波含量更小,效率更高,但其无法消除调制波中本身就存在的谐波;针对SHEPWM调制策略进行了分析设计,同时对陷波滤波器技术、PR控制策略和LC回路在降低谐波含量中的作用进行深入分析;经过合理的方案选择,有效的降低了网侧电流谐波含量,并通过MATLAB仿真实验进行了分析验证.%Traction converters,as the core components of electric locomotive traction-drive system,is one of the main sources of traction power supply grid harmonic.Traction converters using single-phase four quadrant rectifier output ripple containing secondary and work with lower operating switching frequency,resulting in the converter side current harmonics problem serious.Currently,control pulses of single-phase four-quadrant rectifier,generated mainly by SPWM pared with SPWM,SHEPWM (Selective Harmonic Elimination PWM) can be targeted to eliminate specific harmonics,harmonic content is smaller,and more efficient,but it can't eliminate the harmonic which the modulation wave contained.In this paper,analysis and design SHEPWM modulation strategy,and analysis the effect of the notch filter,PR strategies,and LC circuit in reducing the harmonic.After choosing the reasonablescheme,reducing the harmonic effectively,and it analyzed and verified by Matlab simulation experiment.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2017(025)007【总页数】5页(P253-256,259)【关键词】牵引变流器;谐波抑制;特定谐波消除;陷波器【作者】涂晨阳;成庶;肖振鹏【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,长沙410075;中南大学交通运输工程学院,长沙410075;中南大学信息科学与工程学院,长沙410075【正文语种】中文【中图分类】TM464根据国家铁路局发布的《2015年铁道统计公报》，2015年全国铁路旅客发送量完成25.35亿人，全国铁路货运总发送量完成33.58亿吨。
建筑配电系统谐波的产生与治理
建筑配电系统谐波的产生与治理随着社会现代化的快速发展，越來越多的非线性用电设备被大量的在医院内使用。
非线性元器件造成波形畸变给低压供电网带来了大量的谐波污染。
国家已经制定节能中长期专项规划，提出电力需求侧管理、节能降耗、增加能源效率等重要措施。
因此对民用建筑物的配电系统谐波治理，势在必行。
标签：民用建筑；配电系统；谐波产生；治理一、建筑配电系统典型的谐波源1.1变频设备为了节约能源，大部分建筑均采用变频风机、变频调速电梯等变频设备。
变频器属于换流设备，是非常重要的谐波源，其总谐波电流畸变率达33%以上，变频设备一般为6脉波整流设备，所以会产生大量5、7次的谐波电流及少量的其他次数的谐波电流。
1.2非线性照明用电目前，民用建筑中的照明设备几乎都是谐波源，目前大量使用的而且使用的带电子整流器荧光灯具和LED灯，此类灯具均会引起严重的谐波电流，其中3次谐波为最高，当多个荧光灯接成三相四线负载时，中线上就会流过很大的3次谐波电流。
1.3计算机随着高新技术的逐渐普及，计算机的使用已经非常普遍，特别是大型的办公建筑中。
计算机的使用在企业中是必不可少的，其造成的谐波电流畸变率也很高。
同时，计算机的辅助工作设备也逐渐地出现与使用，都对电流的谐波造成严重的影响。
1.4电子医疗精密设备大型医院内的大型电子医疗设备一般为开关电源供电，开关电源设备会产生3、5、7、9次等谐波注入电网。
其他谐波源还有：各类显示设备、通讯设备、电冰箱等。
二、谐波的危害2.1 对电缆的影响由于趋肤效应，当频率较高的谐波电流流过导体时，导体的有效截面积小于导体的实际截面积，而截面积小，意味着有更大的电阻，也就意味着会产生更大的热量。
当频率较高的谐波电流流过导体时，导体呈现的电阻比基波电流要大，因此同样幅度的谐波电流比基波电流产生更大的热量，导体过热会导致电缆早期老化、甚至诱发火灾。
2.2对变压器的影响谐波电流流过变压器时，会导致变压器发出额外的热量，使变压器在没有达到额定功率时便出现温度过高的现象，导致变压器的实际容量降低。
变频器谐波问题干扰范围及处理方法
变频器常见谐波问题以及解决方法变频器常见谐波问题以及解决方法在现代化港口、矿井、运输港的建设中，变频软启动渐渐替代机械软启动，如常规液力耦合器，CST液力软启动，成为市场主流，其主要原因为可控性高，精度强。
变频器在使用过程中也会相应的出现自己的问题，重点介绍下在现场安装中变频器谐波问题以及处理办法。
就矿井使用的变频器而言，非下运皮带大都使用二象限的，因不需要对电网进行电能反馈，下运皮带在运行以后对电网进行电能反馈，既逆向输送电力，而非使用电力，四象限变频器就是除了正反转外还能控制，实现能量反馈回电网的变频器。
2象限指的就是普通的控制速度的变频器。
内部除了控制方式不同外，硬件方面主要就是4个象限变频器整流和逆变电路都使用可双向导通的半导体元件，一般是IGBT。
而2象限的整流部分一般是晶闸管或二极管。
而就谐波问题而言，问题重点出现在四象限变频器，因产生的奇数次谐波较强，且干扰问题严重，频器正常工作中，由于变频器高次谐波的影响引发控制电路发生串联谐振，造成系统电源故障，就功率等级而言，75KW以上四象限变频器因考虑进行谐波治理，而二象限变频功率在100KW以下可以进行常规处理即可。
在变频器使用过程中，经常出现误指示、乱码等情况;变频器停止工作时系统完全恢复正常。
很明显这是由于变频器高次谐波分量对电源的干扰造成的，通常，对此最为行之有效的办法就是对控制电路的供电电源加装电源滤波器。
在加装市售的通用电源滤波器后，系统恢复了正常，但是随之又有新的问题出现了，控制电路中的熔断器频繁熔断。
停电后对电路进行检查，经现场详细观察发现，在系统逐渐升速过程中，变频器运行输出在某个频段之间时频繁发生短路故障。
而且，将变频器的负载(电动机)断开后，该故障现象仍频繁出现，在去掉电源滤波器后该故障消失。
因此，首先对该滤波器进行了检查，拆开后发现滤波器采用的是常见的π型滤波。
检查发现电源滤波器本身没有任何故障，进一步分析变频器的工作原理可知，在交-直-交型变频器中，电网通过三相整流桥给变频器供电，供电电流利用傅立叶级数可以分解为包含基波和6K±1次谐波(K=1，2，3…)分量等一系列谐波分量，谐波含量随进线电抗和和直流滤波电抗的电感量增加而减少。
电动汽车充电站的谐波问题及治理
谐波通过电容耦合、电磁感应和电气传导会感应到通信线路上，在通信线路中产生干扰电压，影响通信线路通话的清晰度。
（5）谐波对继电保护和自动装置的影响
谐波对继电保护和自动装置产生干扰，造成误动和拒动，影响电网运行安全。
3．电动汽车充电站的谐波治理
3.1谐波电压的限值和谐波电流的允许值
GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》是现行电力系统谐波监督管理的国家标准。该标准除要求电网各级电压的谐波水平不超出国家标准限值外，还要求用户注入公用电网的谐波电流不超出国家标准允许值，否则应采取抑制谐波的措施。如表2所示。
表2公用电网谐波电压限值
3.2充电站谐波治理的措施
为了将电动汽车充电站的谐波电流和谐波电压限制在国家标准要求的限值范围内，在充电站内配置合理的滤波装置是最为行之有效的方法。
m——整流装置输出电压脉波数。
当m = 6，即采用6脉波整流结构时，存在5，7，11，13，17,19……次特征谐波。如果采用12脉波整流结构时，将整流变压器二次侧绕组构成星、角接线，使相位差30°，可使低次谐波含量大大减小，存在11，13，17,19……次特征谐波。
1.2控制角α对谐波的影响
桥式可控硅整流电路，在电阻负荷情况下，控制角α越大，电流的相位比电压的相位越滞后，谐波含量越大，功率因数越低。
电动汽车充电站的谐波问题及治理
【摘要】本文对电动汽车充电站谐波问题进行了简要分析，论述了谐波的危害性，并介绍了充电站谐波治理的措施。
【关键词】充电站；谐波；无源滤波器；有源滤波器；混合型有源滤波器
引言
电动汽车充电站作为电动汽车的配套设施，为电动汽车的运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统。充电站内采用将交流电源转化为直流电源的充电机，为电动汽车的车载蓄电池充电，在充电过程中产生大量的谐波，导致交流电网中的电压和电流波形严重失真，造成电网质量严重下降，降低供配电系统的可靠性，并危害其他用电设备的安全运行。
海上风电场并网点谐波治理方法探讨
海上风电场并网点谐波治理方法探讨摘要：近年来，随着国家“3060”战略的逐步落地，各沿海省份大力发展海上风电项目，在海上风电项目并网过程中，电能质量问题逐渐引起属地电网的关注，海上风电项目并网电能质量问题中，谐波问题尤为突出。
本文主要分析了风电场产生谐波的原因，并对由于长距离海缆接入引起的地区电网背景谐波放大，从而导致的海上风电项目并网点谐波超标问题的一种治理方法进行了阐述，并以东南沿海某海上风电项目为例，分别对无源滤波和有源滤波两种治理方案进行了分析比较。
关键词：海上风电谐波长距离海缆有源滤波1.谐波产生的原因及危害1.1谐波产生的原因在电力系统中谐波产生的基本原因是由于非线性负载所致。
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，即电路中有谐波产生。
谐波频率是基波频率的整数倍。
谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度和相角。
目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。
带阻感负载的整流电路产生的谐波为人们所熟悉，另外直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源，还有采用相控方式的交流电力调整电路及周边变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
对于风电机组来说，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波电流的真正来源是风电机组中采用的电力电子元件，变风速风电机组采用大容量的电力电子元件，直驱永磁同步风力发电机组的交直交变频器采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换，在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交流电；双馈异步风力发电机组定子绕组直接接入交流电网，转自绕组端接线由三只滑环引出接至一台双向功率变换器，电网侧同样采用PWM逆变器，定子绕组端口并网后始终发出电功率，转子绕组端口电功率的流向取决于转差率。
此类原因的谐波治理方式不在本文的讨论范围内。
1.2谐波的危害理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。
电网谐波的危害及抑制技术
电网谐波的危害及抑制技术随着工业、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。
考虑风机谐波阻抗的谐波责任划分
China Science & Technology Overview油气、地矿、电力设备管理与技术考虑风机谐波阻抗的谐波责任划分王睿琦（西南交通大学电气工程学院，四川成都611756）摘要:本文旨在分析考虑风机谐波阻抗下风电场谐波责任划分，以永磁直驱型风机接入电网为例，以目前较为成熟的谐波责任计 算方法为基础，对风电谐波阻抗及谐波责任进行估算。
传统谐波责任估算方法由于存在系统侧谐波阻抗要远小于用户侧的假设,因此常 将用户侧谐波阻抗忽略，而作为用户侧接入电网的风电场，由于包含大量非线性元件，因此其谐波阻抗不能忽略。
本文根据风力发电场 的组成及相应的拓扑结构，建殳合适的风机和风电场电气谐波模型，用于估算风电场的谐波阻抗，并对传统主导波动量法的计算步骤进 行相应的改进，利用MATLAB 仿真软件，对谐波阻抗和谐波责任进行仿真计算并分析计算结果，用以验证本文方法的可行性，并总结一种 能够进一步降低估算误差的谐波责任估算方法。
关键词:风力发电；永磁直驱风机；电能质量；谐波阻抗；谐波责任划分中图分类号:TM711文献标识码:A文章编号:1671 -2064（2020） 12-0191-051谐波阻抗研究1.1研究背景随着电力系统的发展，电力系统逐渐由单一的大容量集 中式发电形式向分布式电源和集中式发电相结合的形式转变，提高了电力系统的稳定性，同时降低维护成本。
其中分布式 风力发电是应用较为广泛的分布式电源，是指采用风力发电机作为供电设备的分布式电源，单台风力发电机发电功率较 小，通过模块化设备组分布式的布置在用电负荷附近，能够 针对集中式大功率供电难以达到的地区以及负荷容量进行补足和替代，同时风力发电是一种无污染的可再生能源，不会对环境造成严重的破坏。
但同时风能的接入会对电网产生负面影响。
首先风能的 来源不稳定，其产生的电能具有随机性和波动性的特点，不利于电力系统的稳定运行。
其次近年来恒频、可变速的风机逐渐成为风力发电的主要机型，因此大量的整流逆变设备接 入电力系统，给电网带来了巨大的谐波问题，进而影响电网 中的电能质量。
210975398_弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制
第51卷第5期电力系统保护与控制Vol.51 No.5 2023年3月1日Power System Protection and Control Mar. 1, 2023 DOI: 10.19783/ki.pspc.220867弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制金国彬，谢 飞，李国庆，辛业春，杨明城，马煜凯(现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)，吉林 吉林 132012)摘要：分布式可再生能源接入配电网远端场景下，并网逆变器系统可能同时受到弱电网较大内阻抗及其背景谐波的影响，而仅优化并网逆变器的控制设计却不易有效解决这一问题。
提出一种弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制方法。
该方法将并网逆变器电网电压全前馈控制与并联接入的有源阻尼器相融合，利用前者抑制谐波电压畸变的影响，利用后者重塑并网系统的输出导纳，抑制并网系统与弱电网间的谐振。
同时，给出有源阻尼器虚拟电阻阻值的设计方法以及提升并网系统的截止频率的方法。
基于Matlab/Simulink的时域仿真结果表明，所设计的并网系统既能够有效抑制谐波电压畸变引发的并网电流畸变，也能够抑制因网侧导纳存在而引起的谐波谐振。
关键词：弱电网；谐波电压；电网电压全前馈；有源阻尼；导纳稳定Resonance suppression of a distributed power grid-connected system in a weak grid andwith harmonic distortion backgroundJIN Guobin, XIE Fei, LI Guoqing, XIN Yechun, YANG Mingcheng, MA Yukai(Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry ofEducation (Northeast Electric Power University), Jilin 132012, China)Abstract: When distributed renewable energy is connected to the remote end of the distribution network, the grid-connected inverter system may be affected by the large internal impedance and background harmonics of the weak grid at the same time. However, the optimization of the control design of the grid-connected inverter is not easy to achieve effectively. A novel resonance suppression method for distributed power grid-connected systems with a weak power grid and harmonic distortion is proposed. In this method, the grid voltage feedforward control of the grid-connected inverter is combined with the active damper connected in parallel. The former is used to suppress the influence of harmonic voltage distortion, and the latter is used to reshape the output admittance of the grid-connected system to suppress the resonance between that system and the weak grid.The design method of the virtual resistance value of the active damper and the method of increasing the cut-off frequency of the grid-connected system are given. The time-domain simulation results based on Matlab/Simulink show that the designed grid-connected system can not only effectively suppress the grid-connected current distortion caused by harmonic voltage distortion,but also suppress harmonic resonance caused by the presence of net side admittance.This work is supported by the National Key Research and Development Program of China (No. 2021YFB2400900).Key words: weak power grid; harmonic voltage; full feedforward of grid voltage; active damping; admittance stability0 引言在全球能源危机和环境问题不断加剧的背景下，国内外风力、光伏等可再生能源得到了快速发展[1-3]，并网逆变器承担着将新能源接入公共电网的基金项目：国家重点研发计划项目资助(2021YFB2400900) 重要责任[4-6]。
谐波的危害与对策
谐波的危害与对策随着用电负荷快速增加及电力电子设备的大量应用,非线性负荷已经成为电力系统的重要组成部分。
非线性负荷是产生谐波的重要原因。
电网的谐波含量是电能质量的重要指标之一,全面保障电能质量是电力企业和用户共同的责任和义务。
所以研究谐波产生的原因和谐波造成的危害,在电气设计中采取各种相应技术措施进行谐波抑制,是当前电气设计的一项重要内容。
在我院过去的设计项目中,或者因为生产工艺的调整而增加大量的变频设备,或者因为在购置电容器补偿柜时,擅自取消电抗器,而造成补偿电容器损坏的事故都曾发生过。
分析事故造成的原因,都是因为低压系统中谐波电压过大而造成的。
这两起事故引起了我们电气工程设计人员的高度重视。
一、谐波的产生1、产生谐波的主要负荷大型民用建筑绝大多数用电设备为非线性负荷，一类是含开关电源的非线性负荷（电压型谐波源，电容性负载），如计算机、打印机、电信设备、含电子镇流器的照明灯具、电视机、智能化设施等。
另一类是呈感性的非线性负荷，如含电感性的照明灯具。
变频空调、影剧院可控硅调光装置、微波炉、彩电、单相变频空调、个人电脑的谐波含有率分别高达130％、17％、100％，是谐波重要来源。
日本调查显示，来自民用建筑的谐波污染占总谐波量的40％。
相控整流器、同波变流器、不间断电源（UPS）等电力电子非线性负荷产生谐波。
三相变频空调、变频调速风机和水泵、调速电梯、软启动设备，也都是产生谐波的用电负荷。
2、主要异常现象南京某商城先后出现避雷器爆裂、主干母线槽温升高、绝缘损坏跳闸、照明光源更换频繁、变压器运行温升及噪音异常等；某医院低压补偿电容器爆裂；某银行发现中性线与保护线间电压过高、中性线电流严重过载等异常现象。
3、谐波电流危害比较严重的主要场所综合办公楼、商业建筑、金融建筑及大型医技综合楼等大型民用建筑，由于大量使用日光灯、电梯、计算机、变频风机、水泵或软启动设备、EPS或UPS电源、X光机、CT等医疗设备等，这些用电设备都为非线性负荷，是产生谐波电流的主要根源。
电力系统谐波及滤波技术
电力系统谐波及滤波技术( 2005—09-21 )摘要：主要针对电力系统谐波的危害及其检测分析技术,归纳总结了目前电力系统中进行谐波抑制常用的方法。
我们知道，在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态，为用户提供高效使用电能的手段。
但是，电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重，影响了供电质量。
目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。
因而了解谐波产生的机理，研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。
谐波及其起源所谓谐波是指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.周期为T＝2π/ω的非正弦电压u（ωt），在满足狄里赫利条件下，可分解为如下形式的傅里叶级数：式中频率为nω(n＝2，3…）的项即为谐波项，通常也称之为高次谐波。
应该注意，电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形，电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴；谐波与不是工频整倍数的次谐波（频率低于工频基波频率的分量）和分数谐波（频率非基波频率整倍数的分数）有定义上的区别。
谐波主要由谐波电流源产生:当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。
系统中的主要谐波源可分为两类：含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等.国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代，当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。
进入70年代后，随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用，谐波问题日趋严重，从而引起世界各国的高度重视。
各种国际学术组织如电气与电子工程师协会（IEEE)、国际电工委员会（IEC)和国际大电网会议(CIGRE）相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。
风电机组谐波分析及控制
1 引言谐波问题一直是电力系统较为关注的电能质量问题, 新型的变速风力发电机组由于采用了大容量的电力电子设备, 在向电网送出有功功率的同时还会将一定量的谐波注入电网。
评估和分析风电机组向公共连接点注入的谐波电流, 以及估算电网中主要母线的谐波影响是十分必要的。
2 谐波的概念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。
2.1 谐波的产生在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致，如电力电子原件、开关电源及电容器组等。
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，产生谐波。
其与基波电流相叠加，使原有波形畸变，形成非正弦电流，对电能质量产生影响。
在供电网络阻抗下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。
在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z 的乘积。
次数越高，谐波分量的振幅越低，能量越小。
2.2 谐波的危害Ⅰ.降低变压器、断路器、电缆等的系统容量；Ⅱ.加速设备老化，缩短设备使用寿命，甚至损坏设备；Ⅲ.危害生产安全与稳定，使设备产生误动作；Ⅳ.浪费电能等。
在风力发电方面，由于现阶段使用的风力发电机多为双馈异步发电机，其转子侧由变频系统提供励磁电流。
变频系统对谐波干扰十分敏感，如系统谐波过大，极易发生设备损坏，对风力发电机自身运行产生危害。
同时，由于谐波的并网，可能使变电所保护原件误动作，可能导致大面积变电设备跳闸，严重影响发电公司的运行。
2.3 谐波的分类谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角，但其频率都是基波的整数倍。
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。
根据谐波频率的不同，可以分为奇次谐波和偶次谐波，一般讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
HVDC换流器谐波分析及滤波
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２１年第２ 期 ０２ １
科技 圈向导
◇高 教论述◇
科技 曩向导
２１年第２ 期 ０２ ｌ
ＨＶ ＤＣ换流器谐波分析及滤波
郇 凯 翔 （ 华北 电力 大 学 电气 与 电 子 工 程学 院
中国
北京
１２ ０ ） ０ ２ ６
【 摘 要】 本文分析 了直流输 电系统谐波特点 ， 分析 了换流器交流侧 的特征谐 波和 非特征谐波 ， 出了直流输 电系统 中交流滤波方法 ， 提 介绍 了实际运行 中的交流侧 滤波器配置和 滤波效果。
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图 ２ 交 流侧 三相 电压 波 形 现在对 电流波形 分析可知 ｉ，ｂ ｉ ａｉ ， ｃ三相 电流波形完全相 同 ． 相位 相差 ２ｒ ， ＂ ３ 矩形波的宽度为 ２ｒ ， ｔ ／ ￣ ３ 正负脉冲的相位相差 订 ／ 。现用傅里 叶级数来 表示 ｉ 为 简化计算 ． ｉ正矩形 波的 中点相位 的参 考点这 ａ ， 取 ａ 样 ， （ ｔ订 一 ｉ ￣ ） ｉ （＋ ） ａ ｔ即函数对称 ， 叶级数 中只含有基波和奇次谐 ａ１ ） （ 傅里 波， 无直流分量 ， 由于 ｉ 一 ） ａ ｔ ） 又 ａ ＝ｉ（ ｔ即偶 函数 ， （ ｏ 傅氏级数便只有余 弦项
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电力系统的间谐波及其国家标准间谐波及其国家标准
电力系统的间谐波及其国家标准林海雪0引言目前电力系统的谐波问题已引起广泛的关注。
通常的谐波一般指频率为工频(基波频率)整数倍的正弦成分。
现行国家标准《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-1993)只对这类谐波规定了限值和测试方法，而对于间谐波(interharmonics)，2009年颁布了国标《电能质量公用电网间谐波》(GB/T 24337-2009)，但是相关的文献资料却很少，又缺乏测量手段，人们对其关注度较低。
实际上间谐波及其影响广泛存在于电力系统中。
随着电力电子装置的广泛使用，特别是分布式电源的接入，智能电网的发展，电网中电磁干扰更趋复杂化，间谐波将会成为严重的问题。
本文就间谐波的来源、影响以及标准进行简要分析和介绍，使相关技术人员对此问题有较深入的认识，以利于对国标的理解和贯彻执行，避免对相关问题的误判。
1间谐波的来源1.1波动负载所谓间谐波是指非整数倍基波频率的谐波，这类谐波可以是离散频谱的或连续频谱的。
根据傅立叶分解理论，周期性的非正弦量只能分解出(或产生)整数次的谐波。
实际上许多负载(不论是线性的或是非线性的)是波动的，在这种情况下对于工频，“周期性”的前提已不存在，因而用傅立叶理论分析的结果不符合或不完全符合实际。
为了说明此问题，假定有某一调幅波电压由式(2)可以看出，经角频率为Ω的调幅波电压McosΩt调制后，从u(t)的频谱看，除了稳态电压中角频率为hω成分外，各次谐波(包括基波)中增加了旁频(hω±Ω)成分，其幅值均为M/2。
某些负载也可能频率(或相位)也是波动的，这种波动自然就形成间谐波成分，无须专门分析。
实际上，调幅波很可能存在多个频率成分(设为n个)，则按式(1)调制的结果为各次谐波(包括基波)均增加n对(即2n个)旁频成分，这些旁频成分就是间谐波。
1.2电弧类负载电弧的伏安特性是高度的非线性而且又是波动的，这类负载主要有电弧炉、电弧焊机、具有磁力镇流器的放电类型的照明。
电力系统中的谐波分析及消除方法
电力系统中的谐波分析及消除方法摘要：本文针对电力系统中普遍存在的谐波问题进行了分析研究，首先概述了谐波的危害，然后介绍了三种谐波检测的方法，最后从改造谐波源的角度提出了几种谐波抑制方法。
关键词：电力谐波检测治理0 引言目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。
1 电力系统谐波危害1.1 谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。
大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。
1.2 谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。
1.3 谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。
1.4 谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。
1.5 谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。
1.6 谐波会对设备附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。
1.7 谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。
1.8 谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。
2 谐波检测方法2.1 模拟电路消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。
但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感，故使其基波幅值误差很难控制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制性能。
电力系统中的谐波
2)电子荧光灯镇流器: 电子荧光灯镇流器近年被大量采用.它的优点 是在工作于高频时可显著提高灯管的效率,而其缺 点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声. 使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波,但 成本昂贵. (3)直流调速传动装置: 直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整 流电路,它也称作六脉冲桥式整流电路,因为在直 流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一 个).直流电动机的电感是有限的,故在直流电流中 有300Hz的脉动波(即为供电频率的6倍),这就改变 了供电电流的波形.
率是基频的整倍数,例如基频为50Hz,二次 率是基频的整倍数, 谐波为100Hz,三次谐波则为150Hz.因此畸
2,产生谐波的设备
所有的非线性负荷都能产生谐波电流,产生谐波的设备 类型有:开关模式电源(SMPS),电子荧火灯镇流器,调速 传动装置,不间断电源(UPS),磁性铁芯设备及某些家用电
器如电视机等.
电力系统中的谐波分析
谐波的产生,危害及抑制
电气工程07-2 董洪凯
一 ,谐波的定义 二 ,谐波的产生 三 ,电力系统中谐波的危害 四 ,电力系统中谐波的分析和抑制 五 ,小结 六 ,参考文献 七 ,致谢
一,谐波的定义
什么叫谐波? 有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的 基础.傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用.谐 波是一个数学或物理学概念,是指周期函数或周期性的波形中 不能用常数,与原函数的最小正周期相同的正弦函数和余弦函 数的线性组合表达的部分. "谐波"一词起源于声学. 电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了 人们的注意.当时在德国,由于使用静止汞弧变流器而造成了 电压,电流波形的畸变.1945年J.C.Read发表的有关变流器 谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文. 定义: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.
影响谐波的各因素分析比较
2） 滤波电路设计 由 SVPWM 控制产生的谐波电压经过滤波电路转换为谐波电流，设计合理的滤波电路能最大限度的减小并入电网的谐波电流。
滤波电路有多种模式，现光伏发电并网变流器多采用 LCL 滤波电路，即滤波电感、滤波电容、变压器漏感组成的电路。合理的设计电 路参数，能在减小成本的基础上达到较好的滤波效果。LCL 电路中各器件的功能大致表现为：滤波电感将 SVPWM 产生的谐波电压转化 为谐波电流，滤波电感的感抗决定了此电流的大小，电感感抗越大，对应次谐波电流越小；滤波电容和变压器漏感作为两并联支路， 按照自身的电抗分流谐波电流，由于高次谐波对应的容抗远远小于感抗，所以滤波电容能几乎吸收全部的高次谐波。
影响光伏发电并网变流器电流谐波的各因素分析比较
公用电网中存在的谐波源主要包括：电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉等。这些谐波源直接或间接的影响着光伏发电并网 变流器并网侧电流谐波，具体表现为：
1） 发电机、电弧炉、其他电力电子装置等谐波源表现为谐波电压源存在于电网中，将变流器视作负载从而引入谐波电流，影 响变流器并网侧电流谐波。由于这部分谐波含量较小，所以对变流器并网侧电流谐波贡献相对较小。
网侧 A 相展开
变流器侧 A 相
从图上可以看出，在 IGBT 输出侧，较大的谐波电流主要包括三个方面：1）开关次谐波 2）谐振点附近谐波 3）低次谐波。调制度 不同，使得产生的谐波电压不同，造成谐波电流不同。直流电压 350V 时，上述三种谐波电流总含量最小。
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1 内容要求1.1题目网侧变流器谐波分析1.2摘要与关键词1.2.1摘要：研究了网侧变流器谐波的产生的原因，谐波特点，谐波抑制方法。
分析了两电平及三电平4象限变流器的主电路拓扑及控制策略。
利用双边傅立叶级数法，给出了两种4象限变流器网侧电流的谐波公式，总结了谐波分布规律。
编制了CRH2和CRH5型动车组4象限变流器的仿真软件，研究了不同牵引和制动功率下，网侧电流的THD及各次谐波电流大小，验证了理论分析的正确性。
Summary：Research network converter harmonic generation of reason, characteristic harmonic, harmonics suppression methods. Analysis of two-level and three-level 4 quadrant converter main circuit topology and control strategies. Using bilateral Fourier series method, gives two side current harmonics 4 quadrant converter network formula, summed up the harmonic distribution. Preparation of CRH2 and CRH5 EMU 4 quadrant converter simulation software, studied under different traction and braking power, net current THD and harmonics of current size, and verifies the correctness of the theoretical analysis.1.2.2关键词：谐波分析；脉宽调制；电感设计；交流传动；4象限变流器；双边傅立叶变换；仿真；Key words: harmonic analysis, pulse-width modulation; inductor design AC drives; 4 quadrant converter bilateral Fourier transform; simulation;1.3正文1.3.1绪论交流传动课程设计是交流传动课程重要的实践性教学环节，是对我们学生学习交流传动技术的综合性训练，这种训练是通过我们独立进行某一个课题的分析、设计和仿真来完成的通过交流课程传动的课程设计要求我们：根据给定的题目，自己搜集相关资料，并运用所学过的关于电力电子和交流传动的知识内容，对网侧变流器谐波的产生的原因，谐波特点，谐波抑制方法进行分析，并做出相关的仿真。
通过查阅手册和文献资料，培养我们独立分析问题和解决实际问题的能力。
了解几种常见网侧变流器以及其谐波特点，谐波抑制方法，学会电路的仿真设计技能，掌握电路的测试方法及制作方法。
学会撰写课程设计总结报告，培养我们严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
1.3.2设计主体1.3.2.1谐波产生原因从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。
间接变频将工频电流通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。
直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流，没有中间的直流环节。
它的每一相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。
正反两组按一定周期相互切换，在负荷上就获得了交变输出的电压U0,U0的幅值决定于各整流装置的控制角，频率决定于两组整流装置的切换频率。
目前应用较多的还是间接变频器。
间接变频有三种不同的结构形式：（1）用可控整流器变压，用逆变器变频，调压和调频分别是在两个环节上进行，两者要在控制电路上协调配合。
（2）用不控整流器整流斩波器变压、逆变器变频，这种变频器整流环节用斩波器，用脉宽调压（3）用不控整流器整流，PWM逆变器同时变频，这种变频器只有采用可控关断的全控式器件（如IGBT等）输出波形才会非常逼真的正弦波。
无论是哪一种的变频器，都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件，不管采用哪种整流方式，变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上，使电压发生畸变，经傅里叶分析可知，这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。
单脉冲整流器谐波分布理论分析对于单个脉冲整流器来说，其控制方式采用双闭环控制。
电压外环采用PI控制器使得实际的直流侧电压Ud跟踪直流侧电压给定值Ud，从而保持直流侧电压稳定。
电流内环主要使实际的网侧电流i n跟踪给定的网侧电流i n实现单位功率运行。
i n的幅值和频率通过PI电压外环控制器和锁相环(PLL)得到。
由此分析，在电压外环PI控制器中，由于实际直流侧电压有2次纹波，则其输出i n的幅值表达式也含有2倍电网频率的分量，将其与锁相环采样得到的与电网同频率的正弦信号相乘，得到网侧电流的给定值i。
，其中必然含有3次谐波，实际网侧电流跟踪给定的网侧电流，则最终实际网侧电流i。
就含有较大3次谐波。
与上述分析相同，i。
中的3次谐波通过整流器后，必然会导致网侧电流i。
含有5次谐波，依次类推，从理论分析上可以得出，网侧电流中3，5，7，9，11 等奇次谐波含量较大。
该型动车组脉冲整流器的开关频率为1 250 Hz，则载波比N一1250／50-25。
由于采用单极性SPWM调制，三角载波与正弦调制波相比较来产生PWM驱动信号，其具有对称性，则网侧电流含有的偶次谐波含量较低，主要以奇次谐波为主。
由于开关频率远远大于调制波频率，则在一个开关周期内，可以认为调制信号为一恒定量。
网侧电流在一个开关周内变化为5次，则可以认为网侧电流含有两倍开关频率左右的谐波，由上分析，电流只含有奇次谐波，则高次谐波主要分布在：2N±1、2N±3、2N±5等谐波。
由于载波比N一25，则高次谐波主要分布在43，45，47，49，51，53，55次等。
图1为一个三电平脉冲整流器的网侧电流谐波特性仿真结果，系统的开关频率为1 250 Hz。
由于可以看出低次谐波主要分布在3，5，7，9次，高次谐波主要分布在两倍开关频率左右的43，45，47，49，51，53，55次，验证了上述分析的正确性。
多重化整流器的载波移相分析在电力牵引交流传动系统中，由于大功率的开关器件开关频率较低，为了提高系统的容量和减小网侧输入电流的谐波含量，通常脉冲整流器采用多重化技术。
多重化技术的原理是通过变压器耦合的方式将多个相同结构的整流单元按串联或并联的方式组合而成。
对于多重化脉冲整流器的调制，采用载波移相技术，其原理是各单元整流器采用共同的调制波，将各单元整流器的三角载波相位相互依次错开一个相同的相位角丌／N7(N7为整流器的单元数)，然后利用PWM技术中的波形生成方式和载波移相技术中的移相叠加得到阶状波，这样做的好处是可以使脉冲整流器输入电流的高次谐波互相错开，并在变压器一次侧电流的谐波总量中使部分谐波相互抵消心]。
由于同一列动车组不同整流器问的三角载波互相错开90。
，多台整流器的输入电流高次谐波的峰顶和峰谷正好错开，使电流的高次谐波相互抵消一部分，在变压器一次侧可以得到更接近正弦波的电流波形。
实际上，所抵消高次谐波的频率分布在两倍开关频率左右。
图2和图3分别为牵引变压器二次侧两个绕组的电流频谱分布的定性仿真结果。
图4为牵引变压器一次侧电流的频谱分布仿真结果。
仿真结果证明，通过载波移相技术能够很好的消除一次侧电流分布在两倍开关频率左右的高次谐波，即相当于提高系统两倍的等效开关频率。
4象限变流器原理2．1 两电平4象限变流器原理CRH1，3和5型动车组以及HXD1，2，3型电力机车的整流部分采用的是两电平4象限变流器，其主电路如图1所示。
图1中，UN为牵引变压器二次侧电压，U a为直流侧电压，L N和R N分别为二次侧等效电感和电阻，c d为直流侧支撑电容，L0和C0构成二次滤波回路。
S1～S4为可关断电力半导体开关器件，由它们构成的桥式逆变器能将中间储能回路或者负载端的能量逆变为交流；D1～D4为功率二极管，由它们构成桥式整流，能将电网的交流电能变为直流，采用一定的控制策略对s1～s4进行导通与关断控制，可以在4象限变流器的输入端，即口6端生成一个与电网同步，基波相位和幅值均可调节的脉宽调制波，记为U d。
CRH2型动车组的整流部分采用的是二极管钳位式三电平4象限变流器，其主电路如图2所示。
三电平变流器的直流端存在C1和C2两个支撑电容，其主电路采用8个主开关管(S1a，S2a，S3a，S4a，S1b，S2b，S3b，S4b)和4个钳位二极管(D1～D4)，每个开关管承受的电压为直流侧电压的一半，钳位二极管的作用是把桥臂上与其相连接的点上的电压钳位到零(直流电压中点的电位)，并防止C1(或C2)工作时短路。
PWM原理两电平4象限变流器常采用双极性倍频PWM控制，原理如图3所示，两个反相的正弦调制波和一个三角载波进行比较，得到的脉冲信号分别用来控制口和b桥功率管的开关。
图4所示为三电平4象限变流器采用的反相载波层叠的调制方法，三角载波包含反相的正向载波和负向载波。
依据a相调制波ua(开关管S1a，S2a，S3a，S4a所在桥的电压指令)与a相两载波的大小关系，生成三电平PWM信号SA的+1，0，-1。
b相调制波Ub与a相相差180度相位。
为减少谐波含量，b相载波与a相载波相差180度相位。
4象限变流器谐波分析根据上述PWM的调制原理，可利用双边傅立叶级数法对4象限变流器进行谐波分析。
双边傅立叶分析方法可以用两种不同频率的三角函数来表示满足条件的实值函数f(t)，其表达式如下：f(t)=12A00+∑[A0n cos(nY)+B0n sin(nY)]∞n=1+∑[A m0cos(mX)+B m0sin(mX)]∞n=1+∑∑[A mn cos(mX+nY)+B mn sin(mX+nY)]∞n=1∞m=1A mn+jB mn=12π2∫∫e j(mX+nY)dXdYπ−ππ−π式中：X，Y分别为两种不同的频率下随时间t变化的函数。
两电平4象限变流器谐波分析根据图3所示的两电平4象限变流器调制方式，通过计算式(6)中的积分可得到式(5)中的各个系数A00，A0n，B0n，A m0，B m0，A mn，B mn，从而推导出两电平4象限变流器单相电压的表达式。
图1中a，b两点相对于直流中点的电压表达式如下：u a(t)=12U d+12MU d cos(ωm t+β)−∑2U dmπsinmπ2J0(mMπ2)cos(mωc t+ma)∞m=1−∑∑{2U dmπsin[(m−n)π2]J n(mMπ2)∞n=−∞∞m=1×cos(nωm t+mωc t+nβ+mα)} (7)u b(t)=12U d−12MU d cos(ωm t+β)−∑2U dmπsinmπ2J0(mMπ2)cos(mωc t+ma)∞m=1−∑∑{2U dmπsin[(m−n)π2]J n(mMπ2)∞n=−∞∞m=1×cos(nωm t+mωc t+nβ+mα)} (8)则图1中输入电压Us可由式(7)、式(8)相减而得，三电平4象限变流器谐波分析同理可得到三电平4象限变流器交流电压的表达式，图2中a，b两点相对于直流中点的电压表达式如下：两式相减可得电压Us的表达式为：对比式(9)和式(12)可知，同样条件下，两电平与三电平变流器交流电压的谐波次数相同，但各次谐波幅值不同。