电网内电压波形畸变与电力谐波.
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6波形畸变与电力谐波
二、均方根值和总谐波畸变率
i (t )
M h 1
2 I h sin( h1t h )
均方根值
I
M 1 T 2 2 2 i ( t ) dt I I 1 h h2 T 0
h次谐波电流（电压）的含有率 电流（电压）总畸变率 性
2018/12/28
HRI h
THDI
I
h2
M
Ih 100% I1
2 h
I1
100%
总畸变率描述电流时的局限
4
6波形畸变与电力谐波
三、非正弦电路的功率和功率因数
1、正弦电压、电流
P UI cos
Q UI sin
I cos h
无功功率物理意义为能量互换的最大规模，并不消耗电能 T 2、非正弦电压、电流 1
Ud0
ia (t )
1 T 3 /2 3 6 u dt u ab dt U 1.35U 1 d T 0 /6
1 1 1 1 (sin 1t sin 51t sin 71t sin111t sin131t ) 5 7 11 13
P
uidt U T
0 h
h h
仅同频率的电压和电流才能构成有功功率，不同频率的电压和电流 不构成有功功率 Q f U hI h sin h 定义无功 h Qf没有正弦波情况下能量交换的最大量度等明确的物理意义， 某谐波可能出现感性无功功率 ，而另一次谐波可能出现容性无 功功率，不同频率的无功相加本身无意义。
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2 3I d
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6波形畸变与电力谐波
（2）控制角不为零时 电流为波宽120o的缺口矩形波，缺口宽度为 60o。 谐波含有率1/h。 基波电流相位落后电压，功率因数<1，吸取无功
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6波形畸变与电力谐波
二、整流装置
AC/DC整流器、DC/AC逆变器以及变频设备等。
1.单相全控桥式整流器
1）直流侧电感足够大，电流波 形是连续的交变方波，正负半周 的波形完全相同，幅值相等。
源自文库谐波含有率1/h。
i (t ) 4I d 1 1 (sin 1t sin 31t sinh 1t ) 3 h
四、三相电路中的谐波
uah 2U h sin(h1t h )
ubh 2U h sin(h1t h h 120 )
uch 2U h sin(h1t h h 120 )
1. 当h=3k+1（k=０,１,２,…）时，三相电压谐波的相序都与基波的 相序相同，即1、4、7、10等次谐波都为正序性谐波。 2. 当h=3k+2时，三相电压谐波的相序都与基波的相序相反，即２、 ５、８、11等次谐波都为负序性谐波。 3. 当h=3k+3时，三相电压谐波的相序都有相同的相位，即３、６、 ９、1２等次谐波都为零序性谐波。
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6波形畸变与电力谐波
2）直流侧电感量不够大， 则电流将出现断续。
3）当负载为蓄电池、 直 流电动机等带有反电动势 负荷时。
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6波形畸变与电力谐波
2.三相全控桥式整流器 （1）控制角为零时 电流为波宽120o的缺口矩形波， 缺口宽度为 60o。 谐波含有率1/h。 电压、基波电流同相，整流器 无功=0
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6波形畸变与电力谐波
定义视在功率：
定义畸变功率
2 2 S UI (U h )( I h ) h h
D S 2 (P 2 Q 2 f )
一般实际情况：电压畸变小，可考虑成正弦信号，有
P UI1 cos 1 Q1 UI1 sin 1
功率因数
PF
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6波形畸变与电力谐波
6.3供用电系统典型谐波源
非线性特性的用电设备是系统中产生 谐波的主要原因 谐波电流含量基本决定于它本身的 特性和工作状况以及施加给它的电压， 而与电力系统的参数关系不大，因此 常被看作谐波恒流源。 一、磁饱和装置
铁芯的非线性化磁化特性引起谐波。
各种铁芯设备 , 如变压器、电抗器、 电机等。
电网内电压波形畸变与电力谐波
6.1 概述
理想电力系统要求：单一频率，单一波形（正弦），若干电 压等级的电能属性。
现代电力电子装置的大量出现，非线性负荷的使用，供电电源
与用电设备间的非线性接口电路等，都不可避免的产生很强的电流 谐波及电磁干扰(EMI)，对电力系统的安全、优质、经济运行构成 潜在的威胁，给周围电气环境带来极大的污染。 负荷（整流、逆变）、系统（HVDC、SVC等） 1993年7月，国家技术监督局正式颁布了(GB/T14549—1993)《电 能质量—公用电网谐波》 本章主要内容： 波形畸变的基本概念、危害、典型谐波源、谐波放大、标准。
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6波形畸变与电力谐波
6.2 波形畸变的基本概念
非线性负荷引起电流波形 的畸变，一般畸变波形是周期 的，属于谐波范畴。 畸变电流流经系统时，在系统 阻抗上产生压降，从而产生电 压畸变。
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6波形畸变与电力谐波
一、几个概念：
1. 2. 3. 4. 谐波：基波频率的整数倍。 间谐波和次谐波：有些用电负荷会出现非工频频率整数倍 的周期性电流的波动，又称为分数谐波，或称为间谐波。 频率低于工频的间谐波又称为次谐波。 谐波和暂态现象：暂态和谐波是两个完全不同的现象，它 们的分析方法也是不同的。暂态过程高频分量与系统的基 波频率无关。 短时间谐波：对于短时间的冲击电流（变压器空载合闸）， 将包含短时间的谐波和间谐波电流，称为短时间的谐波电 流或快速变化谐波电流，应与电力系统稳态和准稳态谐波 区别开来。 陷波：换流装置在换相时，会导致电压波形出现陷波或称 换相缺口，不属于谐波范畴。
P UI 1 cos 1 I 1 1 cos 1 cos 1 2 S UI I 1 THD I
可见：功率因数受两方面影响：
① 相移功率因数，即基频电压、电流的相位差：
cos 1
6
② 电流的基波分量所占比例，即电流畸变程度： I1 / I
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6波形畸变与电力谐波
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二、均方根值和总谐波畸变率
i (t )
M h 1
2 I h sin( h1t h )
均方根值
I
M 1 T 2 2 2 i ( t ) dt I I 1 h h2 T 0
h次谐波电流（电压）的含有率 电流（电压）总畸变率 性
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HRI h
THDI
I
h2
M
Ih 100% I1
2 h
I1
100%
总畸变率描述电流时的局限
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6波形畸变与电力谐波
三、非正弦电路的功率和功率因数
1、正弦电压、电流
P UI cos
Q UI sin
I cos h
无功功率物理意义为能量互换的最大规模，并不消耗电能 T 2、非正弦电压、电流 1
Ud0
ia (t )
1 T 3 /2 3 6 u dt u ab dt U 1.35U 1 d T 0 /6
1 1 1 1 (sin 1t sin 51t sin 71t sin111t sin131t ) 5 7 11 13
P
uidt U T
0 h
h h
仅同频率的电压和电流才能构成有功功率，不同频率的电压和电流 不构成有功功率 Q f U hI h sin h 定义无功 h Qf没有正弦波情况下能量交换的最大量度等明确的物理意义， 某谐波可能出现感性无功功率 ，而另一次谐波可能出现容性无 功功率，不同频率的无功相加本身无意义。
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2 3I d
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6波形畸变与电力谐波
（2）控制角不为零时 电流为波宽120o的缺口矩形波，缺口宽度为 60o。 谐波含有率1/h。 基波电流相位落后电压，功率因数<1，吸取无功
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二、整流装置
AC/DC整流器、DC/AC逆变器以及变频设备等。
1.单相全控桥式整流器
1）直流侧电感足够大，电流波 形是连续的交变方波，正负半周 的波形完全相同，幅值相等。
源自文库谐波含有率1/h。
i (t ) 4I d 1 1 (sin 1t sin 31t sinh 1t ) 3 h
四、三相电路中的谐波
uah 2U h sin(h1t h )
ubh 2U h sin(h1t h h 120 )
uch 2U h sin(h1t h h 120 )
1. 当h=3k+1（k=０,１,２,…）时，三相电压谐波的相序都与基波的 相序相同，即1、4、7、10等次谐波都为正序性谐波。 2. 当h=3k+2时，三相电压谐波的相序都与基波的相序相反，即２、 ５、８、11等次谐波都为负序性谐波。 3. 当h=3k+3时，三相电压谐波的相序都有相同的相位，即３、６、 ９、1２等次谐波都为零序性谐波。
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2）直流侧电感量不够大， 则电流将出现断续。
3）当负载为蓄电池、 直 流电动机等带有反电动势 负荷时。
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2.三相全控桥式整流器 （1）控制角为零时 电流为波宽120o的缺口矩形波， 缺口宽度为 60o。 谐波含有率1/h。 电压、基波电流同相，整流器 无功=0
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6波形畸变与电力谐波
定义视在功率：
定义畸变功率
2 2 S UI (U h )( I h ) h h
D S 2 (P 2 Q 2 f )
一般实际情况：电压畸变小，可考虑成正弦信号，有
P UI1 cos 1 Q1 UI1 sin 1
功率因数
PF
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6波形畸变与电力谐波
6.3供用电系统典型谐波源
非线性特性的用电设备是系统中产生 谐波的主要原因 谐波电流含量基本决定于它本身的 特性和工作状况以及施加给它的电压， 而与电力系统的参数关系不大，因此 常被看作谐波恒流源。 一、磁饱和装置
铁芯的非线性化磁化特性引起谐波。
各种铁芯设备 , 如变压器、电抗器、 电机等。
电网内电压波形畸变与电力谐波
6.1 概述
理想电力系统要求：单一频率，单一波形（正弦），若干电 压等级的电能属性。
现代电力电子装置的大量出现，非线性负荷的使用，供电电源
与用电设备间的非线性接口电路等，都不可避免的产生很强的电流 谐波及电磁干扰(EMI)，对电力系统的安全、优质、经济运行构成 潜在的威胁，给周围电气环境带来极大的污染。 负荷（整流、逆变）、系统（HVDC、SVC等） 1993年7月，国家技术监督局正式颁布了(GB/T14549—1993)《电 能质量—公用电网谐波》 本章主要内容： 波形畸变的基本概念、危害、典型谐波源、谐波放大、标准。
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6波形畸变与电力谐波
6.2 波形畸变的基本概念
非线性负荷引起电流波形 的畸变，一般畸变波形是周期 的，属于谐波范畴。 畸变电流流经系统时，在系统 阻抗上产生压降，从而产生电 压畸变。
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6波形畸变与电力谐波
一、几个概念：
1. 2. 3. 4. 谐波：基波频率的整数倍。 间谐波和次谐波：有些用电负荷会出现非工频频率整数倍 的周期性电流的波动，又称为分数谐波，或称为间谐波。 频率低于工频的间谐波又称为次谐波。 谐波和暂态现象：暂态和谐波是两个完全不同的现象，它 们的分析方法也是不同的。暂态过程高频分量与系统的基 波频率无关。 短时间谐波：对于短时间的冲击电流（变压器空载合闸）， 将包含短时间的谐波和间谐波电流，称为短时间的谐波电 流或快速变化谐波电流，应与电力系统稳态和准稳态谐波 区别开来。 陷波：换流装置在换相时，会导致电压波形出现陷波或称 换相缺口，不属于谐波范畴。
P UI 1 cos 1 I 1 1 cos 1 cos 1 2 S UI I 1 THD I
可见：功率因数受两方面影响：
① 相移功率因数，即基频电压、电流的相位差：
cos 1
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② 电流的基波分量所占比例，即电流畸变程度： I1 / I
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