开关电源功率因数补偿及谐波限制方法
无功补偿及谐波治理基础知识讲解
提升机、风力发电等
无功补偿基础知识
❖※静止无功发生器 (SVG)
❖ ★工作原理
❖ 将电压源型逆变器，经过电抗器并联在电网上。 电压源型逆变器包含直流电容和逆变桥两个部分， 其中逆变桥由可关断的半导体器件IGBT组成。
无功补偿基础知识
❖1、功率、功率因数
▪ 在电网中，功率分为有功功率、无功功率和 视在功率。交流电网中，由于有阻抗和电抗 （感抗和容抗）的同时存在，所以电源输送 到电器的电功率并不完全做功。因为，其中 有一部分电功率（电感和电容所储的电能） 仍能回输到电网，因此，凡实际为电器（电 阻性质）所吸收的电功率叫有功功率。电感 和电容所储的电能仍能回输到电网，这部分 功率在电源与电抗之间进行交换，交换而不 消耗，称为无功功率。
无功补偿基础知识
❖3、产品特点： ❖ 实时跟踪、动态补偿 ❖ 编码投切、分级补偿 ❖ 控制方式灵活 ❖ 真空接触器投切电容器 ❖ 智能监控
无功补偿基础知识
4、工作原理图
CT
PT
备 用
电
源AC220V
5、安装方式： 户内柜式
控制器 保护单元
户外箱变式
无功补偿基础知识
❖ ※调压调容型变电站无功自动补偿设备：
无功补偿基础知识
P+jQ
PL+jQL
系统
-jQC
负载
无功补偿原理图
功率平衡： P jQ PL jQ L - jQ C PL j ( Q L - Q C )
P PL
Q QL - QC
cos cos tg - 1 ( Q )
P 当 Q L Q C时 :
谐波治理及无功补偿方案
谐波治理及无功补偿方案谐波治理及无功补偿方案随着现代电力系统的快速发展和应用，电力质量问题日益凸显。
其中一个主要问题就是谐波污染，谐波污染会对电力系统产生极大的危害，如烧毁电器设备、造成供电失灵等。
为了有效解决谐波污染问题，可以采用谐波治理及无功补偿方案。
一、谐波治理1.谐波发生的原因谐波是指电源产生的不同于基波频率的信号，其会把电力系统中的电压和电流形成很多波峰，属于高频电流。
2.谐波的产生谐波的形成，主要是由非线性负载所引起（例如变频器、电子电路等），这些负载会对输电线路上传输的电能进行畸变，导致电力系统中产生多余的波形。
3.谐波的危害谐波的危害十分显著，其主要表现为电力系统中的电器设备可能会受到烧毁的风险，从而引发一系列的安全事故和设备故障。
4.谐波治理方案（1）滤波器法：通过在负载侧增加合适的滤波器，可以去除输出信号中的高频波形，让电力系统中的电路保持基波同步。
（2）减小非线性负载法：由于非线性负载是谐波形成的主要原因，因此可以通过减少或替换负载器件，从而降低谐波的产生。
（3）提高系统阻抗法：当系统的阻抗增加时，电源的输出电流会减少，从而谐波的产生会得到一定的减少。
二、无功补偿1.无功补偿的原理无功补偿是一种电力系统中无功功率的调节方法，其通过连接电容器或电感器，来对补偿线路进行补偿，从而实现对无功功率的控制和调节。
2.无功功率的特点无功功率具有波动性和成段性的特点，这是由于电力系统中产生的无功功率主要受到负载方向或回路的变化所影响。
3.无功补偿的作用（1）提高功率因数：在无功补偿的情况下，系统的功率因数会有所提高，从而有效降低负载对电力系统的影响。
（2）降低电网损耗：通过对电路进行无功补偿，可以将电力系统中的无功功率转化为有用的有功功率，从而减少电网的能量损耗。
（3）提高电力系统的稳定性：无功功率的波动会影响电力系统的稳定性，因此，通过无功补偿，可以有效地提高电力系统的稳定性。
4.无功补偿方案（1）串联电容补偿法：通过在电路中增加合适的等效容值，可以将谐波电流从发电端分流到电容器中。
功率因数计算方法比较及谐波对功率因数计算影响的研究
功率因数计算方法比较及谐波对功率因数计算影响的研究功率因数是描述交流电路中有功功率和视在功率之间关系的一个重要参数，其数值大小表示电路中有用功率占总功率的比例。
较高的功率因数表示电路中较少的无效功率损耗，具有良好的能量利用效率。
在工程实践中，对于电路系统及设备负载上功率因数的计算和优化非常重要。
目前，常用的功率因数计算方法主要有如下几种：视在功率除以有功功率、有功功率除以视在功率、有功功率除以视在功率与相位角cos的乘积。
下面将对这几种方法进行详细比较。
视在功率除以有功功率是最常用的功率因数计算方法之一，其公式为PF=，S，/，P，其中PF为功率因数，S为视在功率，P为有功功率。
这种计算方法简单直观，容易理解和应用。
但是其计算结果可能会受谐波等因素影响，不适用于含有较多谐波的电路系统。
有功功率除以视在功率是电力系统中另一种常用的功率因数计算方法，其公式为PF=，P，/，S。
这种计算方法更侧重于有功功率的分析，能够较好地反映电路中实际的功率使用情况。
但是其结果也会受谐波等因素的影响。
有功功率除以视在功率与相位角cos的乘积是一种相对较为准确的功率因数计算方法，其公式为PF=，P，/(，S，*cosθ)，其中θ为电路中电压和电流的相位差。
这种方法考虑了相位角cos的影响，能够更准确地描述功率因数的数值大小。
但是同样也受到谐波等因素的影响，需要对电路中的谐波进行详细的分析和计算。
谐波对功率因数计算的影响主要是因为谐波电流的存在导致电流和电压之间的相位差发生变化。
谐波电流会增加电路中的无效功率损耗，导致功率因数的数值减小。
同时，谐波电流还可能导致电路中的共模电压和谐波电压等问题，进一步影响电路的稳定性和功率因数的计算。
因此，在功率因数计算中需要对谐波进行充分的分析和考虑，使计算结果更加准确和可靠。
总之，功率因数是描述电路中有功功率和视在功率之间关系的重要参数，不同的计算方法有其适用的场景和优缺点。
在实际工程中，需要根据具体情况选择合适的计算方法，同时对谐波等因素进行充分的分析和考虑，以获得准确的功率因数数值。
功率因数补偿
功率因数补偿功率因数补偿概述在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。
电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。
因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。
减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这种措施称作功率因数补偿。
功率因数补偿的理论分析功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。
功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。
功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。
功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。
所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。
(1)最基本分析：拿设备作举例。
例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。
然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。
很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。
在这个例子中，功率因数是0.7(如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。
功率因数是马达效能的计量标准。
(2)基本分析：每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。
功率因数是有用功与总功率间的比率。
功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。
电力电子：谐波与功率因数
电容器过载，降低系统 容量
对通信系统造成干扰
导致继电保护和自动装置 误动作
加速设备老化，缩短设备使 用寿命，甚至损坏设备
谐波的主要危害
浪费电能
谐波的治理：使用有源或无源滤波器
任务5.1 谐波与功率因数概念
❖ 5.1.2 整流电路的功率因数
❖ 功率因数的定义：交流用电设备的输入有功功率平均值P与其视在功率 S之比为输入功率因数PF。 PF计算公式为：PF=P/S
任务5.1 谐波与功率因数概念
❖ 5.1.2 整流电路的功率因数
❖ 4.提高用电设备功率因数的意义 （1）设备有效利用率更高； （2）改善电压的质量； （3）减少电源压降； （4）较小传输损耗； （5）输配电成本降低。 功率因数校正降低了系统中的无功功率、功率损耗进而输配电成本也随 之下降。
任务5.2 谐波与功率因数关系
❖ 5.2.1 电流谐波总畸变率 ❖ 输入电流总畸变率THDi的定义：除基波电流外的所有谐波电流总有效值
与基波电流有效值之比值。
❖ 电流有效值关系
I 2
I
2 n
I12
(
I
2 2
I
2 3
)
I12
I
2 h
n1
❖ I： 电流有效值
❖ I1：基波电流有效值 ❖ Ih：谐波电流总有效值 ❖ 电流谐波总畸变率
❖ 1.线性负载的有功功率及功率因数 如图5.1所示
图5.1 线性负载的输入电压及输入电流波形
有功功率 P UI cos 功率因数 PF P UI 念
❖ 5.1.2 整流电路的功率因数
❖ 2.非线性负载的有功功率及功率因数 ❖ 用电设备为非线性负载时，交流电源供给负载的电流不再是标准的正弦
电力系统谐波基本分析方法抑制方法
电力系统谐波基本分析方法抑制方法電力系統諧波----基本原理、分析方法、抑制方法【摘要】变频器在工业生产中无可比拟的优越性，使越来越多的系统和装置采用变频器驱动方案，而且采用变频器驱动电动机系统因其节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等优点，而被越来越多应用，但它非线性，冲击性用电工作方式，带来干扰问题亦倍受关注。
一台变频器来讲，它输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端谐波会输入电源线对公用电网产生影响。
本文从变频器产生的谐波原理、谐波测试分析方法，谐波的抑制方法方面进行探讨。
【关键词】电力系统，变频器，谐波分析，谐波抑制。
【引言】谐波存在于电力系统已经很多年了，但是，近年来，随着技术的发展成熟，越来越多的设备系统为提高可靠性和效率广泛采用电力电子变频器，而且电力公司为降低设备所需的额定值以及线路损耗和电压降落，强制要求电力用户提高其自身的功率因数，而电力用户及工厂端改善功率因数的方法是使用功率因数补偿器—电容模组，这两种情况的出现，使得电力系统的谐波问题变得更加严重。
电力用户和工厂端普遍使用的变速传动和电力电子设备是产生这一现象的根源，而这些设备与功率因数校正电容模组之间的相互作用导致了电压和电流的放大效应；半导体电子工业的迅猛发展也导致了大批精密设备的诞生，与过去粗笨的设备相比，这些设备对电力公司供给的电能质量更加敏感，但同时也导致交流电流和电压稳态波形的畸变。
而为了得到可靠清洁的电力能源，人们必须面对电流和电压畸变的问题，而电流和电压的畸变的主要形式是谐波畸变。
【正文】1、变频器谐波产生从结构来看，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整流器变成直流，然后再由逆变器将直流变换成可控频率交流。
直接变频器则将工频交流变换成可控频率交流，没有中间直流环节。
它每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联可逆线路。
正反两组按一定周期相互切换，负荷上就获了交变输出电压，幅值决定于各整流装置控制角，频率决定于两组整流装置切换频率。
谐波抑制和无功补偿
绪论电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。
首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。
我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。
随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。
它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。
举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。
但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。
这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。
因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。
第一章 基础概念1.1 电力系统的组成电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。
其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。
主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。
发电机的电压等级一般为6KV 、10KV ，输电网络为110KV 、220KV 、500KV ，配电网络为10KV 、35KV ，用电设备一般为380V 、220V 。
我国电力系统采用三相50HZ 交流供电。
1.2 功率的概念在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为：()ωt U t U sin 2=式中 U ------电压有效值ω--------角频率f πω2=f ---------频率 (50HZ) 正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为：()()ϕ-=ωt I t I sin 2I --------电流有效值φ--------相位角 电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）电流相位角φ>0时，为电流滞后电压，负载呈现为感性（如电动机）电流相位角φ<0时，为电流滞后电压，负载呈现为容性（如无功补偿器）视在功率为： UI S = （KV A ）有功功率为：ϕcos UI P = (KW)无功功率为：ϕsin UI Q = （Kvar ）在正弦交流电路中，有功功率P 是用来做功的，是负载消耗掉的真正的功率。
开关电源功率因素校正(PFC)及其工作原理
开关电源功率因素校正（PFC）及其工作原理什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正：功率因数补偿：在上世纪五十年代，已经针对具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相（图1）从而引起的供电效率低下提出了改进方法（由于感性负载的电流滞后所加电压，由于电压和电流的相位不同使供电线路的负担加重导致供电线路效率下降，这就要求在感性用电器具上并联一个电容器用以调整其该用电器具的电压、电流相位特性，例如：当时要求所使用的40W日光灯必须并联一个4.75μF的电容器）。
用电容器并连在感性负载，利用其电容上电流超前电压的特性用以补偿电感上电流滞后电压的特性来使总的特性接近于阻性，从而改善效率低下的方法叫功率因数补偿（交流电的功率因数可以用电源电压与负载电流两者相位角的余弦函数值cosφ表示）。
图1在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形而在上世纪80年代起，用电器具大量的采用效率高的开关电源，由于开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容，使该用电器具的负载特性呈现容性，这就造成了交流220V在对该用电器具供电时，由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据整流二极管的单向导电性，只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
也就是说，在AC线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通。
虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图2所示。
这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。
在正半个周期内（1800），整流二极管的导通角大大的小于1800甚至只有300－700，由于要保证负载功率的要求，在极窄的导通角期间会产生极大的导通电流，使供电电路中的供电电流呈脉冲状态，它不仅降低了供电的效率，更为严重的是它在供电线路容量不足，或电路负载较大时会产生严重的交流电压的波形畸变（图3），并产生多次谐波，从而，干扰了其它用电器具的正常工作（这就是电磁干扰－EMI和电磁兼容－EMC问题）。
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开关电源功率因素校正（PFC）及其工作原理什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正：功率因数补偿：在上世纪五十年代，已经针对具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相（图1）从而引起的供电效率低下提出了改进方法（由于感性负载的电流滞后所加电压，由于电压和电流的相位不同使供电线路的负担加重导致供电线路效率下降，这就要求在感性用电器具上并联一个电容器用以调整其该用电器具的电压、电流相位特性，例如：当时要求所使用的40W日光灯必须并联一个4.75μF的电容器）。
用电容器并连在感性负载，利用其电容上电流超前电压的特性用以补偿电感上电流滞后电压的特性来使总的特性接近于阻性，从而改善效率低下的方法叫功率因数补偿（交流电的功率因数可以用电源电压与负载电流两者相位角的余弦函数值cosφ表示）。
图1在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形而在上世纪80年代起，用电器具大量的采用效率高的开关电源，由于开关电源都是在整流后用一个大容量的滤波电容，使该用电器具的负载特性呈现容性，这就造成了交流220V在对该用电器具供电时，由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。
滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。
根据整流二极管的单向导电性，只有在AC线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
也就是说，在AC线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通。
虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图2所示。
这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。
在正半个周期内（1800），整流二极管的导通角大大的小于1800甚至只有300－700，由于要保证负载功率的要求，在极窄的导通角期间会产生极大的导通电流，使供电电路中的供电电流呈脉冲状态，它不仅降低了供电的效率，更为严重的是它在供电线路容量不足，或电路负载较大时会产生严重的交流电压的波形畸变（图3），并产生多次谐波，从而，干扰了其它用电器具的正常工作（这就是电磁干扰－EMI和电磁兼容－EMC问题）。
谐波原理及治理方法
谐波原理及治理方法一、1. 何为谐波？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。
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倍数，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。
谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。
谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。
一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。
对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。
“谐波”一词起源于声学。
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。
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。
到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。
70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分和关注。
国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
谐波研究的意义，道理是因为谐波的危害十分严重。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
【开关电源设计】三相功率因数(PFC)技术的综述
M＝2
21
两组电路尽可能工作在接 近DCM与CCM临界情况， 两只开关的驱动信号在相
位上相错开180o。
电流波形
ia上 ib上
t ic上
i i
a下 b下
t ic下
i i
a总 b总
t ic总
单开关交错并联
Load
Va Vb Vc
优点：
D11 D12 D13 Ds11
La1
Lb1
S1
Co
Lc1
D14 D15 D16 Ds12
5
7
11
13
谐波次数
18
谐波注入法与固定占空比 THD比较
固定占空比
谐波注入法 d(t)=D[1+msin(6ωt +3π/2)] m＝4%
19
谐波注入法与固定占空比 允许输出最大功率比较
谐波注入法
d(t)=D[1+msin(6ωt +3π/2)] m＝4%
固定占空比
20
改变开关频率法
D21 D22 D23 Ds21 La2 Lb2
S2 Lc2
D24 D25 D26 Ds22
★ 两个模块的电流之和有可能是连续的， 输入网侧电流的谐波显著减小 。
★ 两只开关驱动信号在相位上错开180o， 使系统的等效开关频率翻倍，这可以使
EMI滤波器的截止频率提高。
22
Va La Vb Lb Vc Lc
电流波形
★ 从图可知，升压比M越 大，电流波形正弦度越好。
★ 分析： 升压比M越大，可以缩短一个开关 周期内输入电流平均值与输入电压 瞬时值的非线性阶段T2和T3，因而 可以减小电流畸变。
M＝2 M＝2.5 M＝3 M＝3.5
谐波抑制的方法及其特点
谐波抑制的方法及其特点(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--电力系统谐波抑制方法及其特点分析随着电力电子技术的发展，接入电网的整流、换流设备和其他各种非线性负荷设备日益增加，这些电气设备产生大量的谐波电流注入电网，危及电力设备、用户设备和电力系统的安全运行。
必须采取措施，抓紧治理，抑制电力系统谐波，把电网中的谐波含量控制在允许范围之内[1]。
电力系统谐波抑制是改善电能质量、净化电网的一个重要方面。
对谐波抑制的方法主要有三种途径:第一种是在谐波源上采取措施，从改进电力电子装置入手，使注入电网的谐波电流减少，也就是最大限度地避免谐波的产生；第二种是在电力电子装置的交流侧利用LC无源滤波器和电力有源滤波器对谐波电流分别提供频域谐波补偿和时域谐波补偿。
这类方法属于对已产生的谐波进行有效抑制的方法;第三种就是改善供电环境[2]。
1、降低谐波源的谐波含量降低谐波源的谐波含量也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。
这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用，并避免因加装消谐装置而引发的其它负面影响。
具体方法有:增加换流装置的脉动数换流装置是电网中的主要谐波源之一，其产生的谐波主要集中在特征谐波，非特征谐波含量通常很少，特征频谱为:n=kp士1，则可知脉动数p增加，n也相应增大，而工n、工l/n，故谐波电流将减少。
因此，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。
例如:当脉动数由6增加到12时，可有效的消除幅值较大的低频项，从而使谐波电流的有效值大大降低。
利用脉宽调制(PWM)技术PWM技术，就是在所需的频率周期内，通过半导体器件的导通和关断把直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲，可达到抑制谐波的目的。
若要消除某次特定谐波，可在控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性，根据输出波形的傅里叶级数展开式，使需要消除的谐波幅值为零，基波幅值为给定量，组成非线性超越方程组计算各个开关通断时刻，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的。
谐波在供电系统中的危害和抑制方法
谐波在供电系统中的危害和抑制方法随着供电系统设备的不断发展，谐波的危害越来越受到重视，为此，结合谐波的原理，分析谐波在供电系统的危害，并对谐波抑制的主要方法进行了阐述。
标签：谐波；滤波；供电；继电器TB理想的供电系统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。
谐波电流和谐波电压的出现，对供电系统是一种污染，现在随着供电系统电气设备的飞速发展，谐波的危害越来越受到重视。
1 谐波对供电系统的影响谐波对供电系统主要部分的影响分为以下几个方面。
1.1 对输电线路的影响超高压长距离输电线路，常采用单相自动重合闸来提高电力系统稳定性。
较大的高次谐波电流（几十安培以上）能显著地延缓潜供电流的熄灭，导致单相重合闸失败或不能采用较小的自动重合闸时间，不利于系统稳定运行。
对于电缆和电线来说，由于有绝缘层和保护层，流过相同电流时，谐波电流引起的温升增加量相应也要增大，会加速电缆线的老化，减短电缆的寿命。
1.2 对变压器的影响负荷电流含有谐波时，将在三个方面引起变压器发热的增加：（1）均方根值电流，如果变压器容量正好与负荷容量相同，那么谐波电流将使均方根值电流大于额定值。
总均方根值电流的增加会引起导体损耗增加。
（2）涡流损耗。
涡流是由磁链引起的变压器的感应电流。
感应电流流经绕组、铁芯以及变压器磁场绕环的其他导体时，会产生附加发热，该损耗时变压器谐波发热损耗的重要组成部分。
（3）铁芯损耗。
铁损的增加取决于谐波外加电压的影响以及变压器铁芯的设计，电压畸变的增加将使铁芯叠片中涡流电流增加，这部分损耗通常较小。
1.3 对继电保护装置的影响谐波对继电保护的影响主要表现为使继电器动作特性畸变或效果降低，其后果常是保护装置的拒动或误动，不同类型继电器谐波的影响程度也不尽相同。
（1）谐波对整流型继电器的影响：继电器的动作特性取决于整流后的电压信号（电流信号），在电流回路通入含有谐波分量电流时，环形整流比相器输出的交流分量增大，从而造成继电器动作特性损坏不光滑。
供电系统谐波的产生原因和抑制方法
供电系统谐波的产生原因和抑制方法一、供电系统谐波的产生原因1.非线性负载：非线性负载是谐波产生的主要原因之一、当负载器件的电流与电压的关系远离线性特性时，会产生谐波。
2.整流装置：电力系统中使用的整流装置（如整流器、UPS电源等）都属于非线性负载，其波形形状和额定电压的频率和倍频数之间存在不同的谐波关系。
3.瞬时切换：当电力系统中出现瞬时的负载切换时，会产生谐波。
例如大功率电机启动时的电流冲击。
4.不良的电缆和变压器设计：电缆和变压器的设计不良也会导致谐波的产生。
比如电缆线的电感值较大或者变压器的饱和磁导率不合适等。
5.并联谐振：电力系统中存在并联谐振现象时，会导致谐波的产生。
并联谐振一般是由于电容负载和电感负载的阻抗匹配不良所致。
二、供电系统谐波的抑制方法1.使用线性负载：线性负载的电流和电压之间呈线性关系，因此能够减少谐波的产生。
选择和使用线性负载装置可以有效地降低谐波水平。
2.滤波器：在电力系统中加装滤波器是最常用的谐波抑制方法之一、滤波器可以根据谐波频率的不同，利用谐振电路的特性将谐波分量从电力系统中滤除。
3.调整负载的连接方式：调整负载的连接方式可以减少谐波的产生。
例如，将三相非线性负载从星形连接改为三角形连接，可以减小系统中的零序谐波。
4.限制电容补偿：电容补偿在电力系统中具有调节功率因数和稳定电压的作用，但同时也会引入谐波。
限制电容补偿的容量和位置，可以减少谐波的影响。
5.优化电力系统的设计：合理的电力系统设计可以减少谐波的产生。
例如，选择合适的电缆和变压器设计，提高设备的质量等。
6.使用谐波滤波器装置：谐波滤波器装置是专门用于抑制谐波的设备。
根据系统谐波的频率和倍频数，选择合适的谐波滤波器装置可以有效地消除谐波。
综上所述，供电系统谐波产生的原因主要包括非线性负载、整流装置、瞬时切换、不良设计以及并联谐振等。
要抑制谐波，可以采取使用线性负载、滤波器、调整负载的连接方式、限制电容补偿、优化电力系统设计以及使用谐波滤波器装置等方法。
谐波治理及无功补偿办法参考
欢迎共阅一、概述：1、无功补偿的意义1、补偿无功功率可以增加电网中有功功率的比例常数2、减少发供、电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因cosΦ=0.8增加到cos4=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KV A；反之，增加0.52KV A；对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。
因此对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。
?3、降低线损，由公式△P%=(1-为补偿前的功率因数则?c osΦ>cosΦ增加电网中有功功率的输送比例，所以功2、谐波治理的意义1、谐波的产生波，整流后是6脉动的，根据谐波理论分析，h=6N±1（N=1，2，3，4，…正整数）。
变频装置在额定运行时，产生的5次谐波对5%，13次低于2%。
在负荷较小时，虽然谐波11次及以上高次谐波虽然与低于7次的其阻抗相对较大，故对谐波电压含有率及低2、谐波的危害变频装置产生的谐波电流，对系统可产生较大的影响，它不仅会产生较大的发热损耗，而且会加速电气设备的绝缘老化，特别是对电缆、变压器运行、电机运行非常不利。
此外，产生谐波严重时，也会对自动控制系统和保护装置产生干扰，使其误动作，影响电网的正常安全运行。
此外，谐波也会对变电站和其它用户的无功补偿电容器产生严重的影响，使其不能投运，若投运可产生谐波放大，严重时将烧坏设备，这在以后运行时特别注意，变电站和用户不要投入无谐波抑制的电容器组。
二、某公司谐波治理及无功补偿方案1、某公司，使用变压器1250KW三台，负载是六脉中频炉，产生大量谐波注入电网，其他设备使用3150KV A变压器两台，主要是负载变频器，大功率电动机，同样产生谐波和需要无功功率补偿。
谐波治理及无功补偿采取分散、集中治理谐波方法，即在谐波源总负荷前端安装谐波治理设备，这样就治理整个电网的谐波，谐波治理及无功补偿效率高，投资少。
2、某公司，1250KV A变压器负载中频炉同时使用两台，谐波治理及无功补偿设备也采用两套。
供电系统谐波的产生原因和抑制方法
供电系统谐波的产生原因和抑制方法电气系统中的电气设备产生的电压或电流波形非理想的正弦波时，即说明其中含有频率高于50Hz的电压或电流成分，将频率高于50Hz的电流或电压成分称之为谐波。
谐波对电气设备的正常工作有不利影响，因此，研究谐波的危害与抑制方法，对保证电网的电力质量十分必要。
（1）谐波是如何产生的？谐波来自于三个方面：一是发电设备产生的谐波；二是输配电系统产生的谐波；三是供电系统的电气设备（如变频器、电炉等）等产生的谐波，其中以供电系统的电气设备产生的谐波居多，具体如下：1）晶闸管整流设备：由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。
晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。
如果整流装置为单相整流电路时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。
如果整流装置为三相全控桥脉冲整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也含有11次及以上奇次谐波电流。
经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
2）变频装置：变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的使用的增多，对电网造成的谐波也越来越多。
3）电弧炉、电石炉：由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。
其中主要是2～7次的谐波，平均可达基波的8%～20%，最大可达45%。
4）气体放电类电光源：荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。
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开关电源功率因数补偿及谐波限制方法
在75w 以上的开关电源中一般采用APFC的方法，功率因数较高，谐波限制也比较理想，但对于75W 以下的小功率开关电源由于成本和体积的限制，如果采用APFC的方法，则需要增加成本和增加体积，对于小功率开关电源来讲是不适宜的，如果能根据用户的实际需求，在有限的成本和体积空间范围内，对电路加一定的辅助元件，实现功率因数及谐波限制的有限补偿，减少电网损耗和污染。
根据实验结果，本文介绍借助于辅助电感串入变压器中间抽头，通过主开关管对输入电流进行调制，拓宽电流导角实现功率因数补偿和谐波电流限制。
2 电路结构及原理
在AC-DC转换电路中，如果不加PFC辅助环节，由于储能平滑电容的存在，使输入电流产生尖峰。
如图1所示。
电流的导通角很小，造成功率因数低,谐波高。
在AC-DC电路中加入PFC 辅助环节，可使输入电流波形得到改善，拓宽了导通角（实际测量θ从41.2º增加到108.4º），如图2所示。
图1不带辅助调节的整流波形图2带辅助调节的整流波形
PFC辅助环节由
与中间抽头电压＞
放出能量对电容C充电，由于
，而是
，又由于Q的开关频率远高于工频，所以经Q对输入电流进行调制，对电容的充电在整流的每周期内不在是一次完成，而是多次充电，减少了一次充电所造成的能量集中，使输入电流峰值降低。
电流的调制波形如图4所示。
图3电路的基本结构
3 参数方程的建立
根据电容的充放电过程，把图4放大成图5，可以看到电流与开关管Q导通关断的时序波形。
这里限于篇幅仅讨论电感L中电流在连续和断续临界状态，并且是在最大值情况的参数方程，这对于元件的选择能够起到参考的作用。
（一）电容C上的充电电压值
根据变压器T磁通平衡原理：
（2）；则：
------
-------（4）
----------
（8）
电容上的最大电压值：
图4电流的调制波形
图5电路中主要参数的工作波形
（二）关键元件参数方程的建立
1) 电感L二极管D1和D2的电流和反压
由（4）式得电感L二极管D1和D2的电流方程：
------（12）
当Va>Vd，在主开关管Q导通时,Vd点的电压等于：Vd=
------------（14）
有效值分别为：----（16）；
（18）
态态态态态态态态态态态态态态态态态
------（20）
则输入功率为：
-------（21）输出功率为：
P0= η
--------------（24）
Lp---------变压器原边总电感η----------电路的总效率
T-----------开关周期
------------------------------（25）
Lp---------变压器原边总电感η----------变压器效率
T-----------开关周期
---------------（26）
当Va>Vd时,电容有充放电过程, 当开关管Q截止时，充电电流值为：
------------------------（28）
对方程（28）求偏导得：
----------------------（30）
由方程（30）得电容放电电流为：
--------------（32）（参见图5）
4参数方程的分析
1) 电容C的电压
在参数方程(9)中，电容的电压值受匝数N2及占空比D的控制，当D一定时，N2越小,电容C的电压
，选择二极管D1D2要引起注意。
3) 输入电流导通角θ及电感L值
在参数方程(10)中，当
--------------（33）
根据（33）式可确定输入电流的导通角θ，但功率因数PF的大小还与I3的大小有直接关系，这涉及到电感L值的选取问题，电感L选得大，I3电流较小，使电流导通的初始阶段由L限制了电流的调制值，电流波形得不到明显的改善，根据试验可得电感值为：
增加磁芯的损耗，引起电流波型畸变增加EMI干扰。
4) 开关管Q中的电流
在参数方程（23）中，当Va>Vd时, 通过（24）和（25）式比较可知管子中流过的电流叠加了一部分中的电流，在选择MOSFET参数时应考虑，这部分电流按全波整流的规律周期的出现，对变压器二次侧输出产生一定的纹波效应，这一点应当注意。
5) 电容中的电流
根据（32）式可以看到在电容C和电感L同时供电的情况下，开关管Q中电流最大时，电容中的放电流最小（参见图5）。
根据(27)（32）式对电容的选取可提供参考。
5 计算举例
输入电压范围：120VAC~220VAC/60Hz ；输出电压/电流：5V/13A；
总转换效率：η=76% 开关频率：f=100KHz T=10us
V
最大输出功率 P0=（5V+0.5V+0.3V） 13A=75.4W
0.5V是二极管压降；0.3V是线损耗压降；
<
D1D2的选择 BYV27-200 200V/2A
3) 电感L磁性材料的选取
选用
电感值L前已计算为：L=56.7uH
计算线圈匝数：
磁性材料的选取合格
4) 电容C的选取
在220VAC条件下经计算 Vc=336V
根据（32）电容的最小放电电流为：
3.51A
电容纹波电流的有效值近似取为：
7 总结
通过把电感L串入变压器可使功率因数得到一定程度的提高，减少了输入电流谐波分量。
从表1中可以看到在输入120V的情况下加入PFC电感L后，输入电流从1.258A降到0.79A，功率因数PF从0.526升到0.842，三次谐波I3从基波分量的91.79%降到59.02%，总谐波畸变THD从153.7%降到64.4%。
这种方法用元件少，电路成本低。
但输入电流的导通还存在一定的死区，通过调整辅助电感L和变压器N2匝数可以得到满意的结果。
本文推导的参数方程经多次实验证明虽然有误差但对设计能够起一定参考作用。