谐波原理和抑制专题培训课件
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《抑制谐波脉动》课件
Part
03
谐波脉动的危害
对电力系统的危害
电压波动
谐波脉动会导致电压波动 ，影响电力系统的稳定运 行。
继电保护误动作
谐波脉动可能引发继电保 护装置误动作，导致非正 常停电或设备损坏。
增加线路损耗
谐波脉动会增加输电线路 的电能损耗，降低输电效 率。
对用电设备的危害
STEP 02
STEP 01
设备寿命缩短
《抑制谐波脉动》 PPT课件
• 引言 • 谐波脉动产生的原因 • 谐波脉动的危害 • 抑制谐波脉动的方法 • 抑制谐波脉动的案例分析 • 结论与展望
目录
Part
01
引言
背景介绍
谐波脉动是电力系统中常见的问题， 它会对电网和用户设备造成负面影响 。
为了解决谐波脉动问题，需要研究有 效的抑制方法和技术，以提高电力系 统的性能和可靠性。
案例概述
某数据中心由于服务器和UPS等 设备的运行，产生了大量的谐波 ，对数据中心的可靠性和安全性
造成威胁。
治理措施
采用有源滤波器和无功补偿装置 进行谐波治理，同时优化数据中
心的供电系统。
治理效果
治理后，数据中心的供电质量得 到显著提升，保障了数据的安全 性和完整性，提高了数据中心的
运行效率。
Part
负载因素
负载的多样性，如电动机、电弧炉等 非线性负载的大量使用，会产生大量 的谐波电流，从而产生谐波脉动。
负载的功率因数较低，使得电流波形 发生畸变，导致谐波脉动的产生。
输电线路因素
输电线路的阻抗不匹配，使得电流波形发生畸变，从而产生 谐波脉动。
输电线路中的电感、电容等参数，也会对电流波形造成影响 ，从而产生谐波脉动。
牵引供电系统第十章谐波课件
7
牵引供电谐波的危害
• 3.对电力电容器的影响 • 因在高次谐波下的容抗要比在基波下的容抗小得多，从而
使谐波电流的波形崎变更比谐波电压的波形畸变大得多， 即便电压中谐波所占的比例不大，也会产生显著的谐波电 流。特别是在谐振的情况下，很小的谐波电压就会引起很 大的谐波电流，使电容器成倍地过负荷，导致电容器因过 流而损坏。
6
牵引供电谐波的危害
• 2.对牵引变压器的影响 • 谐波电流流过牵引变压器，将产生集肤效应和邻近效应（
相邻导线流过高频电流时，由于磁电作用使电流偏向一边 的特性，称为“邻近效应”)，在绕组中引起附加铜耗， 同时也使铁耗相应增加。另外3的倍数次零序电流会在三 角形接法的绕组内产生环流，这一额外的环流可能会使绕 组电流超过额定值。对于带不对称负载的变压器来说，如 果负载电流中含有直流分量，会引起变压器的磁路饱和， 从而会大大增加交流激磁电流的谐波分量。这些导致变压 器容量减小、效率降低。
• 式中；U n — 第n次谐波电压有效值(方均根值)，
•
In
•
— 第n次谐波电压有效值(方均根值)。
18
第二讲 功率因数
19
无功功率及功率因数
• 我国交直型电力机车的功率因数一般为0.8～0.85左右, 再考虑到牵引网和变压器阻抗的影响, 未补偿的牵引母线 上的功率因数通常为0.80～0.82, 主变高压侧的功率因数 大概0.77～0.78。
13
牵引供电谐波抑制的措施
• 3.加装静止无功补偿装 • 电力机车负荷的移动性、变化性和随机性除了产生谐波外
，往往还会引起供电电压的波动和闪变，因此宜装设能吸 收动态谐波电流的静止无功补偿装置，提高供电系统承受 谐波的能力，同时可以抑制电压波动、电压闪变、补偿功 率因数。
牵引供电谐波的危害
• 3.对电力电容器的影响 • 因在高次谐波下的容抗要比在基波下的容抗小得多，从而
使谐波电流的波形崎变更比谐波电压的波形畸变大得多， 即便电压中谐波所占的比例不大，也会产生显著的谐波电 流。特别是在谐振的情况下，很小的谐波电压就会引起很 大的谐波电流，使电容器成倍地过负荷，导致电容器因过 流而损坏。
6
牵引供电谐波的危害
• 2.对牵引变压器的影响 • 谐波电流流过牵引变压器，将产生集肤效应和邻近效应（
相邻导线流过高频电流时，由于磁电作用使电流偏向一边 的特性，称为“邻近效应”)，在绕组中引起附加铜耗， 同时也使铁耗相应增加。另外3的倍数次零序电流会在三 角形接法的绕组内产生环流，这一额外的环流可能会使绕 组电流超过额定值。对于带不对称负载的变压器来说，如 果负载电流中含有直流分量，会引起变压器的磁路饱和， 从而会大大增加交流激磁电流的谐波分量。这些导致变压 器容量减小、效率降低。
• 式中；U n — 第n次谐波电压有效值(方均根值)，
•
In
•
— 第n次谐波电压有效值(方均根值)。
18
第二讲 功率因数
19
无功功率及功率因数
• 我国交直型电力机车的功率因数一般为0.8～0.85左右, 再考虑到牵引网和变压器阻抗的影响, 未补偿的牵引母线 上的功率因数通常为0.80～0.82, 主变高压侧的功率因数 大概0.77～0.78。
13
牵引供电谐波抑制的措施
• 3.加装静止无功补偿装 • 电力机车负荷的移动性、变化性和随机性除了产生谐波外
，往往还会引起供电电压的波动和闪变，因此宜装设能吸 收动态谐波电流的静止无功补偿装置，提高供电系统承受 谐波的能力，同时可以抑制电压波动、电压闪变、补偿功 率因数。
电网谐波及其治理ppt课件.pptx
构简单、维护方便等优点，但只能抑制固定次谐波，其滤波效果受系统阻抗
及频率变化影响、且体积庞大、易与系统发生谐振。
五、谐波如何治理？
2、有源电力滤波器
其基本原理是产生一个与负载谐波电流具有幅值相同而相位相反的补偿
电流，与负载谐波电流相抵消以达到消除谐波的目的，是一种积极的谐波消
除方式，滤波效果较好，不会引起谐振，但价格较高，对电压及容量有限制。
➢ 对旋转电机影响情况与变
压器类似，总体上，电机
损耗增大、发热等影响经
济运行和使用寿命
3、对电能计量、保护及通讯
的影响
➢ 增大电能表误差
➢ 使保护装置可靠性降低
➢ 通过感应方式与通讯线路
耦合，干扰通讯
五、谐波如何治理？
1、无源电力滤波器
利用电容器、电抗器和电阻器的适当组合而构成的滤波装置。其具有结
Is
照明（荧光灯……）
➢ 单相负载
➢ 谐波的电容阻抗
FL
三、常见谐波源有哪些？
电力机车
➢ 单整流负载
➢ 谐波为奇次谐波
➢ 谐波含量大、次数低，影响大
四、谐波有哪些危害？
1、对电容器的影响
电容器对高次谐波呈现低阻抗特性，谐波电流会更多的流过电容器，使电容器长期工作
在高负载（过载）情况，并可能引发谐振现象，影响电网安全运行。
谢谢！
➢
➢
➢
➢
➢
一、什么是谐波？
二、谐波是怎么产生的？
三、常见谐波源有哪些？
四、谐波有哪些危害？
五、谐波如何治理？
一、什么是谐波？
对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相
同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分分量称为谐波。
及频率变化影响、且体积庞大、易与系统发生谐振。
五、谐波如何治理？
2、有源电力滤波器
其基本原理是产生一个与负载谐波电流具有幅值相同而相位相反的补偿
电流，与负载谐波电流相抵消以达到消除谐波的目的，是一种积极的谐波消
除方式，滤波效果较好，不会引起谐振，但价格较高，对电压及容量有限制。
➢ 对旋转电机影响情况与变
压器类似，总体上，电机
损耗增大、发热等影响经
济运行和使用寿命
3、对电能计量、保护及通讯
的影响
➢ 增大电能表误差
➢ 使保护装置可靠性降低
➢ 通过感应方式与通讯线路
耦合，干扰通讯
五、谐波如何治理？
1、无源电力滤波器
利用电容器、电抗器和电阻器的适当组合而构成的滤波装置。其具有结
Is
照明（荧光灯……）
➢ 单相负载
➢ 谐波的电容阻抗
FL
三、常见谐波源有哪些？
电力机车
➢ 单整流负载
➢ 谐波为奇次谐波
➢ 谐波含量大、次数低，影响大
四、谐波有哪些危害？
1、对电容器的影响
电容器对高次谐波呈现低阻抗特性，谐波电流会更多的流过电容器，使电容器长期工作
在高负载（过载）情况，并可能引发谐振现象，影响电网安全运行。
谢谢！
➢
➢
➢
➢
➢
一、什么是谐波？
二、谐波是怎么产生的？
三、常见谐波源有哪些？
四、谐波有哪些危害？
五、谐波如何治理？
一、什么是谐波？
对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相
同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分分量称为谐波。
谐波抑制和无功补偿装置课件
本节主要讨论第二种思路
问题的提出
电力有源滤波器原理 二、电力有源滤波器的基本原理(以并联型为例）
电力有源滤波的核心问题
三、电力 有源滤波的两个核心问题 作为电力有源滤波器的方式虽有各种方案， 但控制上可归结为两个问题：
● 检测器能从畸变电流中取得与补偿电流相应 的指令值 ；
● 变流装置能追随指令值产生补偿电流。
3、注入电路方式
分析该电路的工作原理 提示： 这是为降低APF容量而 提出的一种新型电路。
（1）C2、L在电源电压的基波频率附近发生串联谐振， 基波电压绝大部分由C1承担，APF只承受很小一部分基波 电压。 （2）C1起无功补偿作用。 （3）APF不能补偿基波无功。
（二）串联型滤波器
滤波器和被补偿对象串联接入电网，主要用于补偿 可看作电压源的谐波源，使供电点电压成为正弦。
的 工流工
大 小
。
作 绕 组 的
大 小 来 控
作 原 理
感制 ：
抗铁 它
，心 通
以的 过
改饱 改
变和 变
交程 控
流度 制
工， 绕
作从 组
电而 中
流改 的
iL
பைடு நூலகம்
变电
3.晶闸管控制电抗器型（Thyrist Controlled Reactor —— TCR）
置来 工
吸 收 的 无
控 制 了 通
作 原 理
固
自饱和
定
电抗器
电 容
器
组
自饱和电抗器工作原理
静止无功补偿装置
自饱和电抗器无功补偿装置依靠电抗器自身固有的能力 来稳定电压，它利用铁心的饱和特性，使滞后的无功功率 随端压的升降而增减。工程上，一般将饱和电抗器的铁心 设计在超过磁化曲线转折处运行，此时铁心完全饱和，饱 和电抗器就象空心电抗器一样，电压与电流保持线性关系。
问题的提出
电力有源滤波器原理 二、电力有源滤波器的基本原理(以并联型为例）
电力有源滤波的核心问题
三、电力 有源滤波的两个核心问题 作为电力有源滤波器的方式虽有各种方案， 但控制上可归结为两个问题：
● 检测器能从畸变电流中取得与补偿电流相应 的指令值 ；
● 变流装置能追随指令值产生补偿电流。
3、注入电路方式
分析该电路的工作原理 提示： 这是为降低APF容量而 提出的一种新型电路。
（1）C2、L在电源电压的基波频率附近发生串联谐振， 基波电压绝大部分由C1承担，APF只承受很小一部分基波 电压。 （2）C1起无功补偿作用。 （3）APF不能补偿基波无功。
（二）串联型滤波器
滤波器和被补偿对象串联接入电网，主要用于补偿 可看作电压源的谐波源，使供电点电压成为正弦。
的 工流工
大 小
。
作 绕 组 的
大 小 来 控
作 原 理
感制 ：
抗铁 它
，心 通
以的 过
改饱 改
变和 变
交程 控
流度 制
工， 绕
作从 组
电而 中
流改 的
iL
பைடு நூலகம்
变电
3.晶闸管控制电抗器型（Thyrist Controlled Reactor —— TCR）
置来 工
吸 收 的 无
控 制 了 通
作 原 理
固
自饱和
定
电抗器
电 容
器
组
自饱和电抗器工作原理
静止无功补偿装置
自饱和电抗器无功补偿装置依靠电抗器自身固有的能力 来稳定电压，它利用铁心的饱和特性，使滞后的无功功率 随端压的升降而增减。工程上，一般将饱和电抗器的铁心 设计在超过磁化曲线转折处运行，此时铁心完全饱和，饱 和电抗器就象空心电抗器一样，电压与电流保持线性关系。
谐波原理及抑制
这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变
化引起的。
例: 电弧炉
电弧不稳定
波形控制
循环变流器 变频器
频率变换器
基本概念
定义
傅立叶变换:
所有周期性的非正弦连续函数, 可以被分解成无穷多的
周期正弦函数的总和, 该正弦函数的频率为基波频率的
整数倍。
f(t) =a2o
+ S [ancos(nw1t) + bnsin(nw1t)] n=1
奇次 3 的倍数
偶次
畸变
畸变
次数
次数
低压 中压 高压
低压 中压 高压
3 2.5 3.8 2 2 0.7 1.3 1.5 9 0.7 1.1 1 4 0.4 0.7 1 15 0.2 0.2 0.3 6 0.2 0.3 0.5 21 0.1 0.2 0.2 8 0.2 0.3 0.2 >21 0.1 0.2 0.2 10 0.2 0.3 0.2
12 0.1 0.2 0.2 >12 0.1 0.2 0.2
6
10
2.5
>25 0.2 + n 0.15 + n 0.1 + n
总畸变
低压 : 4%
中压: 6%
高压: <3%
标准和规定
工业应用
无国际标准但对不同级别基本存在共识
第一级: 自动接受
根据电压等级和干扰功率。
例如 EDF 干扰功率＜1% 正常情况下测量点最小短路功率。
作为扩展, 如果总干扰功率小于
即视为可接受干扰
高压 4MVA 中压 500kVA 低压 40kVA
标准和规定
工业应用
第2级: 保留接受
谐波的介绍PPT课件
3、谐波的特征
8 ）功率 在一个平衡的三相非线性负载上施加线电压U，流过的线电流 为I，这时负载消耗的功率的方程式要复杂得多，因为U 和I 中都含 有谐波。但是，仍然可以简单地表示为：
P S
(λ= 功率因数)
对基波电压U1 和基波电流I1，它们之间的相移为1 ：
P基波视在 S1 3U1I1
P基波有功 P1 S1cos1 P基波无功 Q1 S1sin1
9
第9页/共29页
3、谐波的特征 5） 峰值因数(Crest Factor) 峰值因数(Fc)定义为峰值与有效值的比率，用来表示信号(电
流或电压)形状的特征。
下面是不同负载的典型峰值因数： 线性负载： Fc =SQRT(2)= 1.414； 计算机主机： Fc = 2～2.5； 微机： Fc = 2 ～3。
其它负载造成的电流失真，主要是因为它们的工作原理，并且 也会产生谐波。例如荧光灯、放电灯、电焊机和其它带有磁饱和铁 芯的装置。
2
第2页/共29页
2、谐波的起源
供电电源为负载提供的是50Hz 的正弦波电压，但负载所需要的、 由电源提供的电流波形却取决于负载的类型。
1、线性负载 负载吸收的电流是与电压频率相同的正弦波电流，电流与电压
之间可能存在着相位差(角度为)；欧姆定律定义了线性负载的电压与 电流的比值为一个常系数——负载的阻抗，电流和电压之间的关系 是线性的。
例如：标准的白炽灯泡、电加热器、电阻负载、变压器，等 等。
这类负载中没有任何有源电子器件，只有电阻(R)、电感(L) 和 电容(C)。
3
第3页/共29页
2、谐波的起源 供电电源为负载提供的是50Hz 的正弦波电压，但负1kVA
其中P1 和S1 分别为基波的有功功率和视在功率。
谐波治理和节能降耗课件
效果评估的结果和分析
结果
经过实际应用和效果评估，谐波治理 和节能降耗措施取得了显著的效果， 有效地提高了电力系统的稳定性和可 靠性，降低了能源消耗和运营成本。
分析
在实际应用中，需要注意各种因素的 影响，如设备性能、运行环境、人员 操作等。同时，需要定期进行效果评 估，以便及时调整和优化治理和节能 降耗措施。
利用电容、电感等无源元件组成的滤 波器来吸收或反射谐波，减少谐波对 系统的影响。这种方法简单、成本较 低，但治理效果不如主动治理方法。
隔离变压器
通过在变压器绕组中设置中间抽头来 减小谐波电流的含量，从而降低谐波 对系统的影响。这种方法适用于谐波 源较小的系统，治理效果有限。
混合治理方法
主动与被动结合
案例二
某商业写字楼的节能降耗
背景
写字楼内有许多高能耗设备，导致能源浪费和运营成本增加。
实际应用的案例分析
解决方案
采用智能节能控制系统，对空调 、照明等设备进行优化控制。
实施效果
显著降低了写字楼的能源消耗， 提高了运营效率和经济性。
效果评估的方法和指标
方法
对比法、实验法、模拟法等。
指标
谐波电流、电压畸变率、功率因数、能耗等。
谐波治理和节能降耗 课件
contents
目录
• 谐波的产生和影响 • 谐波治理的方法和措施 • 节能降耗的原理和方法 • 谐波治理和节能降耗的关系 • 实际应用和效果评估
01
谐波的产生和影响
谐波的产生
非线性负载
当电流流过非线性负载时，会产生非 正弦波形，从而产生谐波。例如，开 关电源、变频器等。
滤波器治理
通过在系统中安装滤波器来滤除谐波，减少谐波对系统的影响。这种方法适用 于谐波源较大的情况，能够有效地降低谐波含量。
谐波分析课件
二节 谐波的危害
九、保护装置和自动装置 受到谐波严重影响的条件 （1）靠近谐波源 （2）谐波放大 （3）装置的敏感性 （4）整定值小 （5）等效负序问题 （6）谐波的电化学作用
（7）系统短路容量太小
二节 谐波的危害
电力系统的谐波源 1、谐波产生与谐波源
Z I 2 ( R jX ) I 2 基波 : S1 I1U1 L 1 L L 1 P R I 0 (负荷性质) 1 2 谐波 : S h I hU h Z Scc I h ( RScc jX Scc ) I12
一节 谐波产生
用一组正弦波叠加来近似表示方波
一节 谐波产生
i (t )
h 1
M
2 I h sin(h1t h )
2U h sin(h 1t h )
u (t )
h 1
M
国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电
气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。 ”因此谐波次数必须为整数。 暂态问题通常不归为谐波。
电力系统的谐波源
•韶山-1型谐波特征
奇次谐波: 3，5，7，…
•某20WVA牵引变电所
110kV谐波特征
国标值(A)
实测值(A) 3次 2 30 5次 2.3 17 7次 1.9 11
电力系统的谐波源
家用电器谐波
•电视机：谐波电流含有率THDI>80%;
•照明灯 ---荧光灯，以高功率因数（ THDI >35%）、电 子脉冲式(THDI >135%)最高； ---高压气体放电灯， THDI >35%；
U THD
U h2 2 h 1 U 1
N
谐波抑制与无功功率补偿PPT课件
3
一、谐波的基本概念、产生与危害
1、谐波畸变
波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起 的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不 成比例关系。图1-1给出了在一个简单的非线性 电阻上施加正弦电压的例子，非线性电阻上电压 和电流的关系随所给出的特性曲线变化。虽然该 电阻上所加电压是理想正弦波，但流过其中的电 流却是非正弦的，即出现了谐波畸变问题。当电 压有较小增加时，电流可能成倍增加，并且其波 形也将发生变化。
18
一、谐波的基本概念、产生与危害
i i()
i i(t)
0
34
0 12
t
0
1
2
(t)
3
4
t
图1-3 电压磁通为正弦波时变压器励磁电流波形
19
一、谐波的基本概念、产生与危害
整流装置
u
id
V1
ud
i
u
ud
Z
V4
V2
id
Id
0
ωt ωt
Id
ωt
i0
ωt
（ a ） 原 理 接 线 图 ；
（ b ） 电 压 、 电 流 波 形
谐波电流放大 状况
轻度放大 严重放大 谐振 严重放大 轻度放大 完全滤波 分流
主系统电流 电容器电流
1～2 2～+∞ ∞ －∞～－1 －1～0
0
0 sh 1
0～－1
－1～－∞
Hale Waihona Puke ∞+∞～2
2～1
1
0 sh 1
27
二、谐波谐振与放大
2、三次谐波问题
通常认为，3及其倍数次谐波分量在变压器的三角形 绕组中短路、环流，线路中没有这些分量。事实上变压 器本身就是一个以3、5次谐波为主的谐波源。由于Y，d 变压器的三相磁路并不完全对称，同时三相电源电压不 仅在幅值上有差别，而且在相位上也不是准确地相差 120度
一、谐波的基本概念、产生与危害
1、谐波畸变
波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起 的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不 成比例关系。图1-1给出了在一个简单的非线性 电阻上施加正弦电压的例子，非线性电阻上电压 和电流的关系随所给出的特性曲线变化。虽然该 电阻上所加电压是理想正弦波，但流过其中的电 流却是非正弦的，即出现了谐波畸变问题。当电 压有较小增加时，电流可能成倍增加，并且其波 形也将发生变化。
18
一、谐波的基本概念、产生与危害
i i()
i i(t)
0
34
0 12
t
0
1
2
(t)
3
4
t
图1-3 电压磁通为正弦波时变压器励磁电流波形
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一、谐波的基本概念、产生与危害
整流装置
u
id
V1
ud
i
u
ud
Z
V4
V2
id
Id
0
ωt ωt
Id
ωt
i0
ωt
（ a ） 原 理 接 线 图 ；
（ b ） 电 压 、 电 流 波 形
谐波电流放大 状况
轻度放大 严重放大 谐振 严重放大 轻度放大 完全滤波 分流
主系统电流 电容器电流
1～2 2～+∞ ∞ －∞～－1 －1～0
0
0 sh 1
0～－1
－1～－∞
Hale Waihona Puke ∞+∞～2
2～1
1
0 sh 1
27
二、谐波谐振与放大
2、三次谐波问题
通常认为，3及其倍数次谐波分量在变压器的三角形 绕组中短路、环流，线路中没有这些分量。事实上变压 器本身就是一个以3、5次谐波为主的谐波源。由于Y，d 变压器的三相磁路并不完全对称，同时三相电源电压不 仅在幅值上有差别，而且在相位上也不是准确地相差 120度
谐波原理及抑制
施耐德电气公司房地产客户部
14
基本概念
术语
主要术语
¨³ Ì £ ± ê » Æ Ü Ï ³ ³ ² ¨º û ± â ¥ Á ¸ É Ò ò É ý ´ Ò Î Å Ò ò É ý û ± º â Ò ò É ý ã Ö ² µ Ò ò É ý TDH FP cosj FD FC
IEC D l cosj1 n FC
图形
次谐波
谐波分量频率低于基波频率
1 2 infra 3 4 inter 5
这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变
化引起的。
例: 电弧炉 波形控制 电弧不稳定
循环变流器
频率变换器 变频器
施耐德电气公司房地产客户部
6
基本概念
定义
傅立叶变换:
所有周期性的非正弦连续函数, 可以被分解成无穷多的
施耐德电气公司房地产客户部
12
基本概念
电源阻抗
阻抗和频率的函数关系
输出阻抗与额定负载时输出阻抗的比值
等效图
变压器, 发电机,
电缆
150
Zs Zc % 发电机 X”d=12% 传统UPS
100
UPS
50
变压器 Usc=4%
MLI UPS
50
施耐德电气公司房地产客户部
250
500
750
F (Hz)
13
基本概念
电源阻抗对电压和电流畸变的影响
电流谐波畸变依赖于负载
电压谐波畸变依赖于电源
较低的电源阻抗利于谐波电流流向电源, 但同时电压 畸变往往也较低 反之, 高电源阻抗阻止谐波电流流向电源, 但电压总畸 变往往也较高 电源阻抗与总谐波畸变 (u, i) 之间的变化是非线性的
谐波及其抑制
精炼期：电弧电流稳定，波动减小，数值小且平衡，畸变也小
交流电弧炉为三相不平衡谐波电流源，冶炼过程中含有基波负 序电流注入系统
谐波次数h
2
3
4
5
7
谐波含 熔化期 7.7 5.8 2.5 4.2 3.1
有率 精炼期
2.0
2.1
(5) . 家用电器
•桥式整流平波电源： 电视机、电脑
谐波次数h 谐波电流 A
在电话回路内感应的杂音电动势
Uc Us2 VM2 国际电信电话咨询委员会(CCITT)推荐的允许杂音电压值为
(2). 整流装置
单相全控桥式整流器——工作电流中不含有直流分量和 偶次谐波，仅含奇次谐波
三相全控桥式整流器——不产生3次谐波，只有6k±1次 谐波存在
双三相桥式整流器——只有12k±1次谐波存在
(3) . 电力机车
电气铁道的供电，一般有电力系统110kV电网，采用双电 源方式，经铁道沿线建立若干牵引变电所降压到27.5kV或 55kV后通过牵引网（接触网）向电力机车供电。电力机车利 用架空接触导线和钢轨之间形成的单相交流电源，经过全波 整流后驱动直流牵引电动机。
无功功率 视在功率 畸变功率
Q f U h Ih sin φh
h
S UI (
U
2 hLeabharlann )(I2 h
)
h
h
D S 2 (P2 Q2f )
功率因数
PF
P S
UI1 cosφ1 UI
I1 I
cosφ1
1 1 THDI2
cosφ1
I1 I
DPF
假定电压波形接近正弦（实际这样）
有功功率
P UI1 cos1
变压器和电动机等具有铁心的设备,铁心的磁化特性将引 起谐波。工作在磁化特性的非线性区时，产生低次谐波。
交流电弧炉为三相不平衡谐波电流源，冶炼过程中含有基波负 序电流注入系统
谐波次数h
2
3
4
5
7
谐波含 熔化期 7.7 5.8 2.5 4.2 3.1
有率 精炼期
2.0
2.1
(5) . 家用电器
•桥式整流平波电源： 电视机、电脑
谐波次数h 谐波电流 A
在电话回路内感应的杂音电动势
Uc Us2 VM2 国际电信电话咨询委员会(CCITT)推荐的允许杂音电压值为
(2). 整流装置
单相全控桥式整流器——工作电流中不含有直流分量和 偶次谐波，仅含奇次谐波
三相全控桥式整流器——不产生3次谐波，只有6k±1次 谐波存在
双三相桥式整流器——只有12k±1次谐波存在
(3) . 电力机车
电气铁道的供电，一般有电力系统110kV电网，采用双电 源方式，经铁道沿线建立若干牵引变电所降压到27.5kV或 55kV后通过牵引网（接触网）向电力机车供电。电力机车利 用架空接触导线和钢轨之间形成的单相交流电源，经过全波 整流后驱动直流牵引电动机。
无功功率 视在功率 畸变功率
Q f U h Ih sin φh
h
S UI (
U
2 hLeabharlann )(I2 h
)
h
h
D S 2 (P2 Q2f )
功率因数
PF
P S
UI1 cosφ1 UI
I1 I
cosφ1
1 1 THDI2
cosφ1
I1 I
DPF
假定电压波形接近正弦（实际这样）
有功功率
P UI1 cos1
变压器和电动机等具有铁心的设备,铁心的磁化特性将引 起谐波。工作在磁化特性的非线性区时，产生低次谐波。
谐波治理与节能PPT41页
4 只消除 某几次 谐波
5
Accsine 有源滤波器
最有效消 5
除谐波
充电板块 电源板块 电流板块
补偿板块
工作原理
工程实施实例
四、谐波治理效果评估
❖ 波形对比
频谱对比
关键数据对比
结论
（A母线）
结论
（B母线）
四、谐波治理工程的节能效果
1、治理谐波是节能降耗的有效措施 2、降低变压器容量配置的节能效果 3、降低发电机组容量配置的节能效果 4、治理谐波后的节能效果
❖ 7）对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动，造 成区域性停电事故；
❖ 8）畸变电流在旋转电绕组中流通，使电机产生附加功率损耗而过 热，降低空调工作效率，增加能耗，产生脉动转矩和噪声；
❖ 9）干扰发电机组的运行，增大机组的配置容量； ❖ 10)使计算机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出
严重的事故； ❖ 4）变压器产生发热，损耗增加，同时降低变压器容量，谐波电压的存在
增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在 增加了铜损。工程中需增大容量配置，增加变损费用和工程投资； ❖ 5）损害电网中的敏感用电设备； ❖ 6）使电容器过载发生，加速电容器老化和损毁；
谐波的危害
（4）UPS产生的谐波
大功率UPS是通信电源系统中主要的谐波源。 采用可控硅整流是UPS产生谐波的主要原因。 UPS生产厂家提供的谐波指标通常是满载输出时的数据， 而实际情况 中UPS不可能运行在满载状态下，特别在1＋1冗余配置时，通常在40％ 以下。根据其整流方式的不同，UPS的谐波指标一般在下列范围：
250A
250A 400A
250A
整流
UPS1
5
Accsine 有源滤波器
最有效消 5
除谐波
充电板块 电源板块 电流板块
补偿板块
工作原理
工程实施实例
四、谐波治理效果评估
❖ 波形对比
频谱对比
关键数据对比
结论
（A母线）
结论
（B母线）
四、谐波治理工程的节能效果
1、治理谐波是节能降耗的有效措施 2、降低变压器容量配置的节能效果 3、降低发电机组容量配置的节能效果 4、治理谐波后的节能效果
❖ 7）对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动，造 成区域性停电事故；
❖ 8）畸变电流在旋转电绕组中流通，使电机产生附加功率损耗而过 热，降低空调工作效率，增加能耗，产生脉动转矩和噪声；
❖ 9）干扰发电机组的运行，增大机组的配置容量； ❖ 10)使计算机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出
严重的事故； ❖ 4）变压器产生发热，损耗增加，同时降低变压器容量，谐波电压的存在
增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在 增加了铜损。工程中需增大容量配置，增加变损费用和工程投资； ❖ 5）损害电网中的敏感用电设备； ❖ 6）使电容器过载发生，加速电容器老化和损毁；
谐波的危害
（4）UPS产生的谐波
大功率UPS是通信电源系统中主要的谐波源。 采用可控硅整流是UPS产生谐波的主要原因。 UPS生产厂家提供的谐波指标通常是满载输出时的数据， 而实际情况 中UPS不可能运行在满载状态下，特别在1＋1冗余配置时，通常在40％ 以下。根据其整流方式的不同，UPS的谐波指标一般在下列范围：
250A
250A 400A
250A
整流
UPS1
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施耐德电气公司房地产客户部 9
基本概念
定义
非正弦周期量的均方根值 (RMS)
∫ Yrms =
1
T
y2 (t) dt =T0 Nhomakorabean=
(Yn)2
n=1
电压畸变
谐波均方根值与基波的比值
n= (Yn)2 n=2
THD (%) = 100 Y1*
* 对于 DIN 标准, Y1 由 Y 的均方根值代替
5
基本概念
图形
12 3 4 5
infra
inter
施耐德电气公司房地产客户部
间谐波和次谐波
间谐波
正弦分量不是基波频率的整数倍。
次谐波
谐波分量频率低于基波频率
这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变
化引起的。
例: 电弧炉
电弧不稳定
波形控制
循环变流器 变频器
频率变换器
基波均方根值
22
H3 均方根值
.E p
1 22
.E 3p
+E
U P
wt 2P
-E 1 3 5 7 9 11 n 施耐德电气公司房地产客户部
8
基本概念
定义
逐次谐波畸变
n次谐波均方根与基波均方根值的比值 Yn
Hn % = 100 Y1
频谱
谐波幅值和谐波次数的函数表示。各次谐波幅值表示为基 波的百分数。
ao, an, bn 为博立叶系数
ao
=
2 T
oT
f(t).dt
an
=
2 T
oT
f(t).cosnw1t.dt
bn
=
2 T
oT
f(t).sinnw1t.dt
7
基本概念
定义
以方波为例
Y0 = 0
1 22 E
Yn = n p
1 Yn/Y1 =
n
对于奇数次n 对于奇数次n
Yn/Y1 100%
6
基本概念
施耐德电气公司房地产客户部
定义
傅立叶变换:
所有周期性的非正弦连续函数, 可以被分解成无穷多的
周期正弦函数的总和, 该正弦函数的频率为基波频率的
整数倍。
f(t) =a2o
+ S [ancos(nw1t) + bnsin(nw1t)] n=1
式中:
2p w1 = T n 为正整数
(T 为周期)
谐波原理和抑制
内容
1 - 基本概念 2 - 电力生产、配电和消耗各环节产生的谐波干扰 3 - 标准和规定 4 - 谐波对主要元件的影响 5 - 谐波抑制方案 5.1 - 防止和校正 5.2 - 有源滤波器 5.3 - 正弦波采样理论
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1 - 基本概念
目的: 了解本课必备的基本概念
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基本概念
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定义
功率因数和相移因数
功率因数是有功功率P与视在功率S的比值 P
PF = S
相移因数 cos j1 代表电压与电流基波夹角的余弦。
P1
cos j1=
S1
P1 基波分量的有功功率 S1 基波分量的视在功率
畸变因数 DF 是 PF 与 cos j1 之间的比值
Sn (kVA) THD (U) · ¢ µç »ú
<1000
1000 to 5000
>5000
<5% <3% <1, 5%
THD (U) UPS
<3%
(*)
(*)
(*) : 不同类型产品有很大不同
电源处谐波畸变一般不太突出
18
谐波干扰
电力输配
变压器产生谐波:
畸变往往也较低 反之, 高电源阻抗阻止谐波电流流向电源, 但电压总畸
变往往也较高 电源阻抗与总谐波畸变 (u, i) 之间的变化是非线性的
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基本概念
术语
主要术语
× Ü Ð³ ²¨»û ± ä ¹¦ ÂÊ Òò Êý Ïà ÒÆ Òò Êý »û ± ä Òò Êý · å Öµ Òò Êý
传统UPS
100
发电机 X”d=12%
UPS
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变压器 Usc=4% 50
MLI UPS
50
250
500
750 F (Hz)
13
基本概念
电源阻抗对电压和电流畸变的影响
电流谐波畸变依赖于负载 电压谐波畸变依赖于电源 较低的电源阻抗利于谐波电流流向电源, 但同时电压
负载类型
电缆或导线
变压器接线类型和阻抗
MV/LV
电源阻抗
PSB
EJP U
I
线性负载
施耐德电气公司房地产客户部
M
17
谐波干扰
施耐德电气公司房地产客户部
电力生产: 发电机和不间断电源
当无载或线性负载时, THD (U) 小于 4%
对于非线性负载, 畸变主要依赖:
采用技术 网络情况
PF
DF = cos j1
峰值因数是峰值与周期量均方根值的比值
Y crest
CF =
Y rms
11
基本概念
e
U i
Zs
s
电源阻抗
电压与电流畸变的关系
电源阻抗
对于每个电流谐波In, 对应该频率的电源阻抗Zsn两端存在
谐波电压Un
Un=Zsn.In
逐次谐波畸变 Hn= Un
U1
(U1: 基波值)
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基本概念
无谐波
电流包含谐波
线性负载 非线性负载
线性负载概念:
负载被称为“线性的”是指当施加一个正弦波电压时它吸收的电流也 是正弦波的负载。
例, 白炽灯,加热器, 稳态运行的电机。
非线性负载概念:
负载被称为“非线性”是指当加上一个正弦波电压, 它吸收的电流为非 正弦的。
ͨ³£ ± ê ¼Ç TDH FP cosj FD FC
IEC D l
cosj1 n FC
Æä Ëü THD, t
PF
DF, Fd CF
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2 - 电力生产、配电和消耗各环节 产生的谐波干扰
目的: 认识干扰源的特点
施耐德电气公司房地产客户部 16
谐波干扰
电源
在电网某一点, 谐波畸变依赖于:
THD (%) = 100
n=
n=2
(Hn)2
在各次谐波频率下的电源阻抗为电压出现畸变的基本原因
结论: 如果电源阻抗低, 电压畸变就低。
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基本概念
等效图 变压器, 发电机,
电缆
电源阻抗
阻抗和频率的函数关系
输出阻抗与额定负载时输出阻抗的比值
150 Zs Zc %
例, 计算机, 启动时的电机, 变频器，节能灯，变压器加电时, 等。
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基本概念
电抗器饱和
v L = f (i)
L
整流二极管
i
R
v
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非线性，举例
L lil
i v
v i
P
2P wt
v i
wt
非线性引起谐波表现为电流不再跟随电压的形状, 即不是正弦波。