谐波与整流器
整流电路的谐波分析
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
PWM 整流器的输入电流谐波分析及参数确定
verter wit h Fixed Switching Frequency. IEEE Trans. on IA. 1990 ,26 (5) :880～885. 2 Wu Rusong ,Dewan S B et al. Analysis of a PWM AC2
收稿日期 :1997203220 定稿日期 :1998203201
对电流谐波的分析 ,给出了系统参数设计规则 ,
作者简介
沈安文 男 ,1967 年 4 月生 ,博士后 。从事电力电子 、新型传动系统和计算机控制系统的研究 。 万淑芸 女 ,1940 年 2 月生 ,教授 。研究方向为电力传动及其自动化 。 王离九 男 ,1930 年 8 月生 ,博士生导师 ,教授 。研究方向为电力传动及其自动化 。 赵 金 男 ,1967 年 1 月生 ,博士 ,讲师 。研究方向为工业自动化 。
图 1 三相 PWM 整流器
由定义可知 , Da 、Db 、Dc 很容易得到[2 ] 。 将式 (2) 代入式 (1) ,则
∑ L
d ia dt
=
u+
ki 2
Ud Us
i
a
-
( ki Ud 2 Us
+
R s) i a 3
-
∞ Ud
n = 1 3 nπ
A
2 an
+
B
2 an
si
n
(
nωs
t
+
V T2 关断 ; S a = 0 时 ,V T1 关断 ,V T2 导通 。同
样也定义 B 相和 C 相的开关信号为 S b 、S c ,于
三相6脉波整流器谐波与触发角
三相6脉波整流器谐波与触发角
三相6脉波整流器是一种常见的电力电子设备，用于将交流电
转换为直流电。
在这种整流器中，谐波是一个重要的问题，因为它
会影响整流器的性能和稳定性。
谐波是指波形中含有频率是基波频
率的整数倍的成分，它会导致电网中的电压和电流失真，甚至会对
其他设备造成干扰。
谐波与触发角之间存在着密切的关系。
触发角是指控制整流器
中晶闸管导通的相位角度，通过调整触发角可以实现对整流器输出
电压的控制。
当整流器工作时，谐波的产生与触发角密切相关。
合
适的触发角可以减小谐波的产生，提高整流器的效率和稳定性。
因此，对于三相6脉波整流器来说，合理地选择触发角可以有效地减
小谐波的产生，从而改善整流器的性能。
从另一个角度来看，谐波与触发角还涉及到功率因数的问题。
谐波会导致电网中的功率因数下降，影响电网的稳定性，而通过调
整触发角可以实现对功率因数的控制，从而减小谐波对电网的影响。
总的来说，三相6脉波整流器的谐波与触发角之间存在着复杂
的相互关系，合理地选择触发角可以减小谐波的产生，提高整流器
的效率和稳定性，同时还可以改善功率因数，减小对电网的影响。
因此，在实际应用中，需要综合考虑谐波与触发角之间的关系，以实现整流器的最佳性能。
产生谐波的六大电气设备
产生谐波的六大电气设备产生谐波的电气设备、电子设备在当今社会应用相当广泛，例如：中频电炉，超声波装置，家用视听设备，电力电容器，电视机，电气设备，焊接设备，复印机，逆变器、计算机，通信设备，变频器，充电电气设备，变频空调，电动机、荧光灯，不间断电源等电气设备。
这些电气设备具有明显的非线性特性，工作时都会产生大量的谐波电流和谐波电压，当此类谐波电流及谐波电压超过注入公共连接点的谐波电流允许值和公用电网谐波电压限值，则将会危害电力用户和电网。
1.空调机电气设备 由于空调机电气设备功率较大，每台功率500W到数千瓦不等，根据相关的试验结果表明：空调机谐波电流的大小随着工作状态的变化而变化，制热状态下THDI％在22～34％区间；制冷状态下在20～27％区间；只开风扇未制热制冷状态下在6～9％区间，在此工作状态下以2～17次谐波为主。
可见，无论是制热还是制冷工作状态下，THDI都不是很小，甚至有可能还比较大。
2.电池充电器等电气设备用于各种对充电电池充电的装置均可称之为电池充电器，此类电气设备的谐波含有率取决于电池的数量和容量。
随着全球气候变暖、资源枯竭、以及国家节能减排的优惠政策的驱动下，属于新能源行列的电动汽车在未来将会被广泛的应用，因此未来它可能成为主要的产生谐波电流、谐波电压的家用电器之一。
因为充电器的连接与单相共整流电路相同，通过对电流的分解即可获得高次、奇次、以及各次谐波电流。
作为电源系统的负荷之一，变压器的励磁电流也应考虑在内。
对于充电器，在负荷电流中的励磁电流的比例是远远大于电力变压器，因此充电器等电气设备的谐波危害亦不容忽视。
3.计算机等电气设备一般计算机电气设备谐波电流和谐波电压及用电负荷的非线性用电主要来自显示器CRT。
由于家用计算机和商场计算机的应用普及以及计算机电气设备的谐波含有率相对比较高，这将引起电视机的谐波电流和计算机的谐波电流相位重合的可能性大大增加，从而导致计算机等电气设备的谐波效应会迅速增加，因此计算机等电气设备的谐波危害显而易见。
三相桥式整流电路中谐波电流的计算新方法
三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法李槐树李朗如摘要提出了⼀种实⽤的新⽅法来计算三相桥式整流器所产⽣的谐波电流。
本⽅法考虑了交流侧电抗及电⽹中存在的谐波电压，导出了交直流两侧谐波电流的计算公式。
计算与实测结果表明，本⽅法准确实⽤。
关键词：三相桥式整流器波形畸变谐波电流谐波电压计算A New Method to Calculate Harmonic Currents in A Three-PhaseBridge RectifierLi Huaishu Li Langru(Huazhong University of Science and Technology 430074 China)Abstract This paper presents a new method to calculate the harmonic currents on both DC and AC sides in a three-phase bridge rectifier operating under pre-existing voltage distortion.The proposed method,which takes into account the AC side reactances and harmonic voltages already existing in AC network,gives out the calculating equations of DC and AC sides harmonic currents.Some practical rectifier circuits are calculated and carefully tested.The calculated results show that the proposed method is more accurate and more practical.Keywords:Three-phase bridge rectifier Voltage distortion Harmonic current Harmonic voltage Calculation1 引⾔电⼒系统中三相桥式整流器的使⽤极为⼴泛，由此引起的谐波电流也成了⼈们⽇益关注的问题。
电力系统中谐波的危害与产生（三篇）
电力系统中谐波的危害与产生电力系统中的谐波是由于电力设备的非线性特性引起的。
在电力系统中，谐波的危害包括对电力设备的损坏、电能质量的恶化以及对用户的影响等方面。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
谐波对电力设备的损坏是谐波危害的主要方面之一。
谐波会引起设备的绝缘老化、过热、机械振动等问题。
尤其是对于变压器和电动机等设备来说，由于谐波的存在会引起电流和电压的畸变，导致设备的工作效率下降，甚至引发设备的故障和停机。
此外，谐波还会引起电容器的谐振和过电压问题，增加电力设备的工作负荷，缩短其使用寿命。
谐波对电能质量的恶化也是谐波危害的重要方面之一。
谐波会导致电能质量的下降，主要表现为电压和电流的畸变，波形失真，功率因数的下降等。
这不仅会影响电力设备的正常工作，还会对电力系统的稳定性和可靠性造成影响。
谐波还会引起电力设备的谐振现象，导致设备振动，造成噪音污染，影响人们的生活质量。
谐波对用户的影响主要体现在电力质量的下降和对电子设备的损坏。
谐波会引起电压的波动和电流的畸变，导致电子设备的正常工作受到干扰，增加设备的故障率，降低设备的使用寿命。
尤其是对于一些对电力质量要求较高的用户来说，如计算机、通讯设备、医疗设备等，谐波对其正常工作的影响更为显著。
此外，谐波还会导致电能的浪费，增加用户的用电成本。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
非线性负载是产生谐波的主要原因之一。
非线性负载如电子设备、电力电子器件等在工作过程中会产生非线性电流，其含有大量谐波成分。
此外，电力设备的设计及运行也会引起谐波的产生，如电容器的谐振，变压器的匝间谐振等。
而电网的接地情况也会影响谐波的产生和传播，如电网的接地方式不当会引起谐波回流和间接接触问题。
为了减少谐波的危害，需要采取一系列的措施。
首先，可以通过合理选择电力设备和设备的工作参数来降低其谐波产生的概率。
其次，可以采用滤波器等设备对谐波进行抑制和补偿。
电力系统中谐波分析与治理
电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而，谐波问题却成为了影响电力系统性能的一个重要因素。
谐波的存在不仅会降低电能质量，还可能对电力设备造成损害，增加能耗，甚至影响整个电力系统的安全稳定运行。
因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理措施，具有极其重要的意义。
一、谐波的产生谐波是指频率为基波频率整数倍的正弦波分量。
在电力系统中，谐波的产生主要源于以下几个方面：1、非线性负载电力系统中的许多负载，如电力电子设备（如变频器、整流器、逆变器等）、电弧炉、荧光灯等，其电流与电压之间不是线性关系，从而导致电流发生畸变，产生谐波。
2、电力变压器变压器的铁芯饱和特性会导致磁化电流出现尖顶波形，进而产生谐波。
3、发电机由于发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，以及铁芯的不均匀等因素，也会产生少量的谐波。
二、谐波的危害谐波对电力系统的危害是多方面的，主要包括以下几点：1、增加电能损耗谐波电流在电力线路中流动时，会增加线路的电阻损耗和涡流损耗，导致电能的浪费。
2、影响电力设备的正常运行谐波会使电机产生额外的转矩脉动和发热，降低电机的效率和使用寿命；对电容器来说，谐波可能导致其过电流和过电压，甚至损坏；对于变压器，谐波会增加铁芯损耗和绕组的发热。
3、干扰通信系统谐波会产生电磁干扰，影响通信设备的正常工作，导致信号失真、误码率增加等问题。
4、降低电能质量谐波会使电压和电流波形发生畸变，导致电压波动、闪变等问题，影响供电的可靠性和稳定性。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，首先需要对其进行准确的分析和测量。
常见的谐波分析方法主要有以下几种：1、傅里叶变换这是谐波分析中最常用的方法之一。
通过对周期性信号进行傅里叶级数展开，可以得到各次谐波的幅值和相位。
2、快速傅里叶变换（FFT）FFT 是一种快速计算傅里叶变换的算法，大大提高了计算效率，适用于对大量数据的实时分析。
PWM整流器在电网谐波抑制中的应用研究
毕业论文课题名称:PWM整流器在电网谐波抑制中的应用研究学生姓名与学号:郭壮*********所在院系: 电气信息工程学院专业年级: 电气工程及其自动化2012级专升本指导教师及职称: 王化冰副教授平顶山学院教务处制第1章绪论1．1背景和意义电能的使用是衡量一个国家科学技术与经济发展水平的重要标志之一，随着电力电子技术的发展，电力网络负荷的急剧加大，非线性负荷容量的不断增长，电网中出现了电压电流波形畸变、电压波动与闪变，以及三相不平衡等电能质量问题。
理想状态的公用电网是以恒定的频率，标准的电压和正弦波形对用户供电，但因为非线性电力负荷的大量应用，产生了大量的谐波电流、谐波电压和无功，引发了各种问题，如损耗增加、效率降低、噪声和过压过热等，严重恶化了电力生产环境。
于是各国的电力科技人员对谐波抑制和无功补偿这方面的课题研究产生了浓厚的兴趣。
并且随着电力电子技术的飞速发展，在这方面取得了一些突破性发展，其中美日两国的科研人员取得了巨大的成就，而国内目前多处在起步阶段；另外从维护绿色环境的角度来看，无谐波就是电力系统环境“绿色”的主要标志之一，所以该研究是很有实际意义的。
1．2国内外研究与发展现状传统的谐波抑制方法是使用LC滤波器，但其损耗大，参数易变，不能动态补偿等缺点已不能满足电能质量的要求。
动态抑制谐波，补偿无功的新型电力电子装置有源电力滤波器(APF)成为近些年来研究的热点。
APF是在1971年由Sasaki．H最早提出。
1982年世界上第一台并联型有源滤波器投入工业应用；1987年Takeda等提出串联APF 加并联无源滤波器的混合有源电力滤波器(HAPF)；1988年，F．Z．Peng等提出串联APF加并联无源滤波器的HAPF；1990年，H．Fujit等提出APF与无源滤波器相串联的HAPF；1994年，H．Akagi等提出串联APF和并联APF的HAPF等等。
最近又有人提出统一电能质量调节器(UPQC)，结合并联有源电力滤波器和串联有源电力滤波器的优点，综合改善电能质量。
电力系统系统中谐波
输配电过程中产生的谐波
电力变压器是输配电过程中主要的谐波来源，由于变压器的设 计需要考虑经济性，其铁心的磁化曲线处于非线性的饱和状态，使 得工作时的磁化电流为尖顶型的波形，因而产生奇次谐波。较高的 变压器铁心饱和程度使得其工作点偏离了线性曲线，产生了较大的 谐波电流，其奇次谐波电流的比例可以达到变压器额定电流的0.5% 以上。
民用电力设备产生的谐波
整流晶闸管设备。由于整流晶闸管广泛应Байду номын сангаас在开关电源、机电控制、充电装置等许多 方面，给电网带来了相当多的谐波。据统计，由整流设备引起的谐波将近达到全部谐 波的40%，是谐波的一个主要来源。
变频设备。电动机、电梯、水泵、风机等机电设备中常用的变频设备，因为大部分是 相位控制，其谐波成分比较复杂，除了整数次的谐波成分外，还含有一定分数次的谐 波成分，变频设备的功率一般较大，其广泛应用对电网造成的谐波也越来越多。
谐波的产生
电网谐波主要由发电设备(电源端)、输配电设备以及电力系统 非线性负载等三个方面引起的。
电源端自身产生的谐波 输配电过程中产生的谐波 电力设备产生的谐波
电源端自身产生的谐波
发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，由于制作工艺 影响，其铁心也很难做到绝对的均匀一致，加上发电机的稳定性等 其他一些原因，会产生一些谐波，但一般来说相对较少。
有源滤波装置
有源滤波装置的应用
·
有源滤波装置
有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的 数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运 算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时 监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字 信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制 （PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM 功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电 网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。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。
整流电路的谐波和功率因数
用户供电电 压 (KV)
0.38
电压畸变极 限(％)
５
6或10 35或63 110
４
３
1.5
B.用户单台变流设备接入电网的允许容量
用户供电电 压
(kV)
0.38
6或10
35或63
110及以上
设备型式
不控 半控 全控
不控 半控 全控
不控 半控 全控
不控 半控 全控
=0时：m脉波整流电路的整流电压
和整流电流的谐波分析
1) 整流输出电压谐波分析：
将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在-/m~/m区间，整
流电压的表达式为：
ud0 2 cost
对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：
ud0
Ud0
bn
nmk
cos nt
Ud0 1
2 cos k
nmk n2 1
五、抑制谐波与改善功率因数
相控变流技术的电力电子装置存在着网侧功率因 数低以及投网运行时向电网注入谐波的两大问题。 采取措施，抑制以至消除这些电力公害是电力电子 技术领域中一项重要的研究课题，也是国内外学者 研究的热门课题。
bn
R2 (nL)2
n次谐波电流的滞后角为：
jn
arctan
nL
R
四、整流输出电压和电流的谐波分析
3） =0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：
（1）m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3...）次，即m的 倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次；
（2）当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低 次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中 有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速；
电力系统中电流谐波的监测与治理
电力系统中电流谐波的监测与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而，电流谐波的存在却给电力系统带来了诸多问题。
电流谐波不仅会影响电力设备的正常运行，降低电能质量，还可能引发电力故障，甚至造成严重的安全隐患。
因此，对电力系统中电流谐波的监测与治理成为了电力领域的一个重要课题。
一、电流谐波的产生要理解电流谐波的监测与治理，首先需要了解它的产生原因。
电流谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。
常见的非线性负载包括电力电子设备，如变频器、整流器、逆变器等；电弧炉、电焊机等工业设备；以及一些家用电器，如节能灯、计算机电源等。
这些非线性负载在工作时，其电流和电压的关系不再是简单的线性关系，从而导致电流波形发生畸变，产生了谐波成分。
例如，在变频器中，通过对电源进行整流和逆变操作来改变电机的转速。
在这个过程中，由于半导体器件的开关动作，电流会出现高频的脉动，从而产生谐波。
二、电流谐波的危害电流谐波对电力系统的危害是多方面的。
首先，它会增加电力设备的损耗。
谐波电流在电力线路和变压器中流动时，会产生额外的热量，导致设备温度升高，降低其使用寿命。
其次，谐波会影响电力测量仪表的准确性。
例如，电能表可能会因为谐波的存在而计量不准确，给电力用户和供电部门带来经济损失。
再者，谐波还会干扰通信系统。
在电力线路附近的通信线路中，谐波可能会引起噪声，影响通信质量。
此外，严重的谐波还可能导致电力系统的电压波动和闪变，影响电气设备的正常运行，甚至引发电力系统的故障。
三、电流谐波的监测为了有效地治理电流谐波，首先需要对其进行准确的监测。
电流谐波的监测方法主要包括以下几种：1、基于傅里叶变换的谐波分析这是目前最常用的方法之一。
通过对采集到的电流信号进行快速傅里叶变换（FFT），可以将其分解为不同频率的谐波分量，从而得到各次谐波的幅值和相位信息。
2、谐波功率测量除了测量谐波的电压和电流幅值外，还可以通过测量谐波功率来评估谐波的影响。
谐波源设备
谐波源设备：：①整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其他SCR控制系统等电力电子设备，②变压器、电动机、发电机等非线性设备，③电弧炉设备及气体电光源设备变速传动装置（包括交流、直流），晶闸管控制设备(如：整流器，照明控制系统的亮度调节），固定式换流器（UPS不间断电源），电弧炉，饱和电抗器（变压器），电焊机，开关电源，节能灯，LED显示屏等。
产生谐波的设备类型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。
(1)开关模式电源(SMPS)：大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。
它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。
这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。
此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。
(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。
(4)不间断电源根据电能变换方式和由外部供电到内部供电所用转换方式的不同，UPS有许多不同的类型。
主要的类型有：在线的UPS、离线的UPS和线路交互作用的UPS。
单相三电平脉冲整流器网侧谐波特性研究
（ 西南交通大学 电气工程学 院 ，四川 Ｉ成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
摘
要： 针 对 高速 列车对 牵 引 网注入 谐 波产 生谐振 问题 ， 给 出一 种 定量分 析 网侧 谐 波特性 及 分布 的
计 算 方法 。 以我 国高速铁 路领 域 中广 泛 应 用 的单 相脉 冲整 流 器 为研 究对 象 ， 利用３ Ｄ几 何 墙模 型
Ｓ Ｐ ＷＭ 的原理 ， 通过 双 重傅 里叶级 数 和 贝塞 尔函数推 导 出单相 两 电平整 流 器 网侧 电压谐 波公 式 ， 在 此基础 上 ， 根 据 二 重化 的两 电平与 三 电平整 流 器 之 间 Ｓ Ｐ ＷＭ 调 制 的 等 效性 ， 揭 示 了单 相 三 电平 整 流 器网侧谐 波 产生机 理及 定 量分布 情 况 。对该 计算 方法 开展 了时域 仿 真算例 与 小功 率 实物 平 台的 实验 对 比研 究 ， 仿 真与 实验 结果均 验证 了该 方 法的 有 效性 和精 确 性 。此 方 法 可 以精 确 计 算整 流 器 各 次谐 波含 量 ， 对谐 波谐振 的产 生机 理 揭 示及 谐 振抑 制 具有一 定 的指导 意 义。
（ Ｓ Ｐ ＷＭ） ， ａ ｎ ｄ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ａ Ｃ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ｏ — ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔ ｒ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ —
第１ ７卷
第１ ２期
电 机 与 控 制 学 报
Ｅｌ ｅＣ ｔ ｒ ｉ Ｃ Ｍａ ｃ ｈｉ Ｂｅ Ｓ ａ ｎｄ Ｃ０ ｎｔ ｒ ｏ ｌ
电力系统谐波的危害和治理
电力系统谐波的危害和治理【摘要】随着电力电子装置的应用日益广泛,电网中的谐波污染也日益严重，已经引起了相关部门的关注，为了整个供电系统的供电质量，必须对谐波进行有效的检测和治理。
【关键词】电力电子技术谐波治理【正文】随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。
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。
一何为谐波二谐波的危害1.对供配电线路的危害（1）影响线路的稳定运行供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。
但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。
晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。
这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。
（2）影响电网的质量电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。
如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40%；三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。
另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。
2.对电力设备的危害（1）对电力电容器的危害当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。
对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍;对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍,但如果谐波含量较高,超出电容器允许条件,就会使电容器过电流和过负荷,损耗功率超过上述值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。
单相PWM整流器控制方法及谐波分析
单相PWM整流器控制方法及谐波分析王成【摘要】传统二极管不控整流或晶闸管相控整流,对电网注入大量谐波及无功功率,造成电源污染.PWM整流器采用全控型开关器件取代二极管或半控型器件,并将PWM控制技术引入整流器,在稳定直流电压输出同时,使交流侧电源电流接近正弦波,实现能量的双向流动.通过介绍单相PWM整流器的控制方法,利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,比较分析不同控制方式下PWM整流器运行时电压波形及输入电流的谐波频谱.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)006【总页数】4页(P92-95)【关键词】PWM整流器;谐波分析;Matlab/Simulink;滞环控制【作者】王成【作者单位】西安航空学院陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TN710PWM整流器从电路拓扑上属交流/直流变换器，通常PWM整流器可分为不可逆与可逆两大类。
可逆PWM整流器由于能量可双向传输及其优异的控制性能，近年来在电力电子装置中获得了广泛应用，受到学术界的关注，文章分析研究了可逆PWM整流器结构及不同的控制方法。
1 PWM整流器图1 单相PWM整流器结构图Fig.1 Single-phase PWM rectifier structure PWM整流器主要由4只全控型器件IGBT组成，其栅极按照脉冲宽度调制原理控制导通与关断。
在此控制方式下工作，PWM整流器可使网侧电流正弦化，并工作于单位功率因数。
为消除谐波污染现象，PWM整流器使用更加复杂的控制算法。
PWM整流器可分为电压型和电流型两类，电压型PWM整流器直流侧采用电容进行直流储能，使电压型PWM整流器直流侧呈现低阻抗的电压源特性。
电流型PWM整流器直流侧采用电感进行直流储能，使电流型PWM整流器直流侧呈现高阻抗的电流源特性[1]。
本文讨论电压型PWM整流器。
2 PWM整流器工作原理单相电压型PWM整流器结构为全桥形式，如图1所示[2]。
谐波治理措施及谐波电流计算的经验公式
谐波治理措施及谐波电流计算的经验公式摘要：文章通过分析谐波产生的原因，引出了适用于火电发电厂消除谐波危害的有效措施，即有源电力滤波器（apf），并且提出了计算谐波电流的经验公式，使得apf的选择更加合理，从而更有效地减小谐波的危害。
abstract： this article leads to effective measure for eliminating harm of harmonics from thermal power plant which is active power filter （apf） by analyzing how harmonics are produced. and， this article provides emprical formula which makes choice for apf more reasonable， accordingly reduces harm of harmonics.关键词：谐波；有源电力滤波器（apf）；谐波电流key words： harmonics；active power filter （apf）；harmonic current中图分类号：th132.43 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）11-0026-020 引言谐波是现代电子的副产品，当大量个人计算机（单相负荷）、ups、变频设备或能够将交流转换成直流的电子设备使用时，就产生了大量谐波。
随着现代科学技术的不断发展，和国家节能减排工作的深入推进，火力发电厂的厂用电设备越来越多的用到变频装置，且单机容量较大，这类非线性负载会产生大量谐波电流，并进入厂用电系统，对系统内各种用电设备包括变压器、电动机、电缆等均会造成不同程度的危害，因此消除或抑制谐波危害就显得十分必要。
1 谐波的定义、产生的机理及危害1.1 谐波的定义谐波是具有50hz整数倍频率的周波的组成部分，其频率是基波频率的倍数。
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。
电能质量 谐波
电能质量谐波电能质量是指电力系统中电压、电流和频率等电参数的稳定性和纯净度。
电能质量问题可能导致电力系统的不稳定、电气设备的损坏，以及对生产过程和生活造成干扰。
谐波是电能质量问题中的一个重要方面，它指的是电流或电压中包含不同频率的正弦波成分，通常是原始频率的整数倍。
以下是有关电能质量中的谐波的一些关键信息：谐波的产生：谐波通常由非线性负载和电源中的非线性元件引起。
非线性元件如整流器、开关电源、变频器和电弧炉等，会在电流波形中引入额外的频率成分，形成谐波。
谐波的类型：谐波通常按照其频率进行分类，包括第次谐波（2次谐波、3次谐波等）和其他频率成分。
不同类型的谐波对电能质量和设备的影响有所不同。
影响：谐波对电力系统和设备造成的影响包括：降低电力系统的效率。
使电气设备产生过热和损坏。
增加电能损耗。
导致电力系统中的电压和电流波形失真。
产生电磁干扰，影响其他电子设备的性能。
测量和分析：为了解决谐波问题，电力系统需要进行谐波分析，使用谐波分析仪器来监测和测量电流和电压的谐波成分。
这有助于确定谐波的类型和来源，以制定相应的改进措施。
控制和减小谐波：减小谐波的方法包括：使用滤波器来减小谐波成分。
选择更适合的电力设备，以减少非线性负载。
调整电力系统中的电容和电感元件。
使用变频器和软启动器来减小起动时的谐波。
标准和法规：不同国家和地区制定了电能质量标准和法规，以控制和管理谐波问题。
这些标准规定了允许的谐波水平和采取的措施。
电能质量的改善和谐波的控制对于确保电力系统的正常运行和减小设备损坏非常重要。
因此，电力系统运营商、设备制造商和工程师通常会关注和处理电能质量问题，包括谐波问题。
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6脉冲整流UPS 6脉冲整流+5次/ 7次谐波滤除器 12脉冲整流 12脉冲整流+11次/13次谐波滤除器 高频UPS(带cosψ校正) IGBT PWM 整流/有源滤波器
注：在用户资金富裕的情况下,发电机组还应备有1.25倍的 余量。
高频机和工频机的区别
高频机 ¾ 采用IGBT或二极管+IGBT Boost升压整流器,加大输入电压范围, 输入功率因数提高 ¾ 采用双倍直流供电 ¾ DSP控制,输出采用SPWM技术 ¾ 逆变器工作频率在20K-30K之间,只需较小尺寸的滤波器 ¾ 动态响应特性好 ¾ 摈弃了传统的逆变器输出变压器
利用IGBT控制输入电压, 来使输入电流与电压同相 位
谐波分量
IGBT整流器
• 采 用 高 频 脉 宽 调 制 型 IGBT 整 流 器 技 术， 对 电 网 的 适 应 能 力 很 强。不带滤波 器时 输入功率因数就 可高达 0.99 • 优点: – 减少了对电网的谐波污染 <3%--绿色电源 – UPS输入端的线缆,保险,空开等容量
• 谐波理论
100 100 谐波电流 [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 5 0 7 11 13 谐波分量 0 17 0 19 23 25 9 8 4 4
12脉冲整流器电流波形
IGBT 整流器
– with Harmonic Control™
100 100 谐波电流 [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 0 5 0 7 0 11 0 13 0 17 0 19 0 23 0 25
高频机和工频机的区别
L1 INV A ＋BOOST ＋DC L2 N INV B N －DC －BOOST INV C
L3
高频机和工频机的区别
• 高频机
– 优点: • 尺寸小 • 价格低 • 效率高 • 噪音低 – 缺点: • 升压部件和电池需要量加倍 • 对动态负载和非线形负载适应能力较差
高频机和工频机的区别
•每相可控硅在1/3周 期导通.产生奇次谐波 n=6k±1(K为正整数) •谐波分量>30%
谐波分量
谐波扰动
Fundamental 3rd Harmonic 5th Harmonic 7th Harmonic 11th Harmonic 13th Harmonic 17th Harmonic 19th Harmonic
• 工频机
– 采用可控硅整流器 – 逆变器工作频率较低 6-12Khz – 带输出变压器(电气隔离和滤波作用)
• 优点:
– 负载与公共电源隔离 – 带非线形负载和动态负载好 – 短路性能好
• 缺点:
– 体积/重量大 – 价格高 – 有变压器损耗
UPS 知识
UPS知识
• 不同整流器的设计方案 • UPS与发电机容量的配比 • 高频机和工频机的区别
6脉冲整流器
• 谐波理论
100 100 谐波电流 [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 5 7 11 13 17 19 23 25 20 14 9 8 6 5 4 4
缺点: ¾电路复杂,MTBF(平均无故障时间)下降 ¾EMI高,效率下降 ¾成本高
12脉冲整流器
+
至逆变器
-
0
L1 L2 L3
B+ B-
Y
逻辑控制
12脉冲整流器
12脉冲整流器
优点: –THD < 10% 满载 缺点: –需要两个整流器和一个移相变压器 –效率比较低 –费用增大，体积也增大
12脉冲整流器
可以减小--降低用户的投资成本 – 与发电机的容量能得到最佳匹配 – 不会因加装滤波器而造成能量损 失 – 机器重量轻--易于安装和运输
U
I
Hale Waihona Puke 柴油机 / UPS容量匹配
设Pg为柴油发电机功率；Pui为UPS输入功率
UPS输入电路
单相全桥整流UPS
容量匹配Pg / Pui 3～ 4 2.5～3 1.7～2.3 1.6～2.2 1.4～2 1.5～2.4 1.1
50 Hz 150 Hz 250 Hz 350 Hz 550 Hz 650 Hz 850 Hz 950 Hz
60 Hz 180 Hz 300 Hz 420 Hz 660 Hz 780 Hz 1020 Hz 1140 Hz
6脉冲整流器的电流波形
6脉冲整流器
6-脉冲整流器+无源滤波器(LC)
优点: –THD <5% 满载条件下 –简单可靠,可任意时候加装 –可提高功率因数
缺点: ¾在特定条件下，无源滤波器会和电网内阻发 生谐振 ¾抑制高次谐波效果差 ¾效率降低 ¾费用增加且体积增大
6脉冲整流器
6-脉冲整流器+有源滤波器(APF), -采用补偿原理向电网注入
与谐波电流相位相反, 幅值相同的电流.大都采用 三相可控硅电路
优点: –THD <5% –不会发生共振现象 –不受系统阻抗变化的影响 –不受谐波频率变化的影响