电网谐波课件
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14
长期效应（热）
电容器发热由如下引起： 导电性 电介质滞后 由于机器及变压器中的额外损耗引起的发热 定子及转子损耗 由于趋肤效应而引起的额外变压器损耗 电缆及设备的发热
15
对电力设备的干扰
变压器： 有功损耗增加 铁损耗增加（滞后） 电压THD的增加 旋转机器： 定子损耗的增加 铁损耗的增加（滞后） 脉动的机械扭矩造成效率降低，振动及噪声 电压THD的增加
Is=341A THDI=58%
H1 H3 H5 H7 H9 H11 H13 H15
谐波频谱
56% H3, 9% H5, 9% H7
100 80 60 40 20 0
11
照明（荧光灯…）
单相负载 谐波的电容阻抗
谐波电流是
S=22KVA THDI=53%
图
Ph Is
FL
N
谐波频谱
51% H3, 11% H5, 8% H9...
100 80 60 40 20 0
H1 H3 H5 H7 H9 H11
12
谐波效应
短期效应 长期效应 生成器上的干扰 负载上的干扰
13
短期效应
谐波电压可以影响电子系统中使用的控制器（晶体闸流管，plc（可 编程逻辑控制器）等）
导致电磁类仪表错误 音频控制接收器（例如继电器）可以被电压谐波畸变干扰 振动及噪声 通信及控制电路上的干扰
capacitor banks（电容器组）
➢ 例如 开关电源，整流电源，变压器
4
谐波的次数及频谱
作为基波的％的谐波频谱 100 50
0
次数： 谐波次数定义为谐波频率等于基波频
率的倍数。 例：对于50Hz的基波，第5次谐波的
频率是5 x 50 = 250 Hz。
频谱： 信号的频谱是作为不同的谐波各自频
率的功能显示它们的振幅的图。
5
Rms（均方根）值
Ih9 = 7.8A.
I rms 56.22 27.22 2.72 9.22 7.82
6
谐波畸变
总谐波畸变（THD）：
谐波的rms值与基波的rms值的比率（CIGRE定义）
H 2 2 + H 3 2 + ... + Hn 2
THD
% = 100 x
H1
单个谐波百分比：
这是“n”谐波的rms值与基波的rms值的比率
电网谐波
1
电网谐波
谐波源，非线性及线性负载 谐波次数及频谱 RMS（均方根）值 谐波畸变 谐波源设备 谐波源例子 谐波效应 谐波对电容器的影响 解决方案 等效电路
2
谐波源
任何频率“f”的周期信号，无论它的波形是什么，都可以作为以下的总和被表现：
频率f的正弦分量，被称为基波（h1）
图（无电抗器）
iIs
e1
M
C e2
e3
谐波频谱
81% H5, 74% H7, 42% H11, ...
100 50 0
H1 H5 H7 H11 H13 H17 H19 H21 H23
9
整流器/充电器
3相负载 控制Gratz（格拉茨）桥 产生5，7，11，13，…的谐波电流
图
L1 iIs e1
有频率的正弦分量（即基波的全倍数）被称为谐波（hn）.
dc(直流)分量（如果可用）。
例：
yt h1t h3t
1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5
y (t)
1.5
1
0.5
=
0
-0.5
-1
-1.5
h1 (t)
1.5 1 0.5 +0 -0.5 -1 -1.5
h3 (t)
谐波是由非线性负载产生
16
对电力设备的干扰
电缆： 电缆发热 由于趋肤效应引起损耗 在绝缘中的电介质损耗增加 感应电动机： 铁损耗及有功损耗增加 脉动的机械扭矩造成效率降低，振动及电动机的发热 电容器： 电容器的阻抗随频率的增加而减少，谐波电流通过导致击穿 由于电感而引起的共振风险 发热及故障
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电容器阻抗的频率特性
3
线性及非线性负载
U I
I U
线性负载：
如果一个负载引导的电流与电源电压有相同的波形，则它 被称为是“线性的”。这样的电流没有谐波分量。
➢ 这样的负载的例子：电热器中的电阻器，稳态条件下 的电感负载（电动机，变压器等）
非线性负载：
如果一个负载引导的电流与电源电压没有相同的波形，则 它被称为是“非线性的”。这样的电流有高谐波分量。谐 波频谱取决于负载的类型。
çzç(W)
z 1 1
C C 2f
0
f (Hz)
18
谐波对电容器的影响
无电容器的电网： 电网的频率阻抗为线性 谐波电流传输到变压器 仅有一小部分谐波施加在负载侧 有电容器的电网： 电容器不产生谐波 电容器可以放大电网中的谐波
19
谐波对电容器的影响（1）
无电容器的电网
HV
Iharmonics
Transformer （变 压器） HV / LV
~
~
M
=
=
harmonics generators（谐波生成器） (Gh)
20
谐波对电容器的影响（2）
电网安装有电容器 HV
Iharmonics
Transformer（变 压器） HV / LV
~
~
M
=
=
harmonics generators（谐波发生器） (Gh)
Hn
HDn
%=
x 100
H1
7
谐波源设备
变速传动装置 晶闸管控制设备 固定式换流器（UPS不间断电源） 电弧炉 电焊机 大建筑物中的照明 饱和电抗器（变压器）
8
变速传动装置 3相负载 产生5，7，11，13的高谐波电流 电流是不稳定的
谐波电流是
S=23KVA THDI=124% 2.5 12 .5001.5 -0.5 -1 --12.5 -2.5
L2 e2
L3 e3
C Z
谐波电流是
S=122KVA THDI=30%
谐波频谱
28% H5, 5% H7, 6% H11, ...
100 80 60 40 20 0
H1 H5 H7 H 单相负载 有高谐波含量的电流 持续在20到50周期之间！
谐波电流是
非正弦周期信号的rms值是：
rmsvalue(值) H12 H 22 ... Hn2
H1=基波分量H2，…， Hn＝谐波分量 缩写词rms代表均方根。
例： 计算由单相负载（例如个人电脑）引导的rms电流： I fund. = 56.2A; Ih3 = 27.2A; Ih5 = 2.7A; Ih7 = 9.2A;
长期效应（热）
电容器发热由如下引起： 导电性 电介质滞后 由于机器及变压器中的额外损耗引起的发热 定子及转子损耗 由于趋肤效应而引起的额外变压器损耗 电缆及设备的发热
15
对电力设备的干扰
变压器： 有功损耗增加 铁损耗增加（滞后） 电压THD的增加 旋转机器： 定子损耗的增加 铁损耗的增加（滞后） 脉动的机械扭矩造成效率降低，振动及噪声 电压THD的增加
Is=341A THDI=58%
H1 H3 H5 H7 H9 H11 H13 H15
谐波频谱
56% H3, 9% H5, 9% H7
100 80 60 40 20 0
11
照明（荧光灯…）
单相负载 谐波的电容阻抗
谐波电流是
S=22KVA THDI=53%
图
Ph Is
FL
N
谐波频谱
51% H3, 11% H5, 8% H9...
100 80 60 40 20 0
H1 H3 H5 H7 H9 H11
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谐波效应
短期效应 长期效应 生成器上的干扰 负载上的干扰
13
短期效应
谐波电压可以影响电子系统中使用的控制器（晶体闸流管，plc（可 编程逻辑控制器）等）
导致电磁类仪表错误 音频控制接收器（例如继电器）可以被电压谐波畸变干扰 振动及噪声 通信及控制电路上的干扰
capacitor banks（电容器组）
➢ 例如 开关电源，整流电源，变压器
4
谐波的次数及频谱
作为基波的％的谐波频谱 100 50
0
次数： 谐波次数定义为谐波频率等于基波频
率的倍数。 例：对于50Hz的基波，第5次谐波的
频率是5 x 50 = 250 Hz。
频谱： 信号的频谱是作为不同的谐波各自频
率的功能显示它们的振幅的图。
5
Rms（均方根）值
Ih9 = 7.8A.
I rms 56.22 27.22 2.72 9.22 7.82
6
谐波畸变
总谐波畸变（THD）：
谐波的rms值与基波的rms值的比率（CIGRE定义）
H 2 2 + H 3 2 + ... + Hn 2
THD
% = 100 x
H1
单个谐波百分比：
这是“n”谐波的rms值与基波的rms值的比率
电网谐波
1
电网谐波
谐波源，非线性及线性负载 谐波次数及频谱 RMS（均方根）值 谐波畸变 谐波源设备 谐波源例子 谐波效应 谐波对电容器的影响 解决方案 等效电路
2
谐波源
任何频率“f”的周期信号，无论它的波形是什么，都可以作为以下的总和被表现：
频率f的正弦分量，被称为基波（h1）
图（无电抗器）
iIs
e1
M
C e2
e3
谐波频谱
81% H5, 74% H7, 42% H11, ...
100 50 0
H1 H5 H7 H11 H13 H17 H19 H21 H23
9
整流器/充电器
3相负载 控制Gratz（格拉茨）桥 产生5，7，11，13，…的谐波电流
图
L1 iIs e1
有频率的正弦分量（即基波的全倍数）被称为谐波（hn）.
dc(直流)分量（如果可用）。
例：
yt h1t h3t
1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5
y (t)
1.5
1
0.5
=
0
-0.5
-1
-1.5
h1 (t)
1.5 1 0.5 +0 -0.5 -1 -1.5
h3 (t)
谐波是由非线性负载产生
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对电力设备的干扰
电缆： 电缆发热 由于趋肤效应引起损耗 在绝缘中的电介质损耗增加 感应电动机： 铁损耗及有功损耗增加 脉动的机械扭矩造成效率降低，振动及电动机的发热 电容器： 电容器的阻抗随频率的增加而减少，谐波电流通过导致击穿 由于电感而引起的共振风险 发热及故障
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电容器阻抗的频率特性
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线性及非线性负载
U I
I U
线性负载：
如果一个负载引导的电流与电源电压有相同的波形，则它 被称为是“线性的”。这样的电流没有谐波分量。
➢ 这样的负载的例子：电热器中的电阻器，稳态条件下 的电感负载（电动机，变压器等）
非线性负载：
如果一个负载引导的电流与电源电压没有相同的波形，则 它被称为是“非线性的”。这样的电流有高谐波分量。谐 波频谱取决于负载的类型。
çzç(W)
z 1 1
C C 2f
0
f (Hz)
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谐波对电容器的影响
无电容器的电网： 电网的频率阻抗为线性 谐波电流传输到变压器 仅有一小部分谐波施加在负载侧 有电容器的电网： 电容器不产生谐波 电容器可以放大电网中的谐波
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谐波对电容器的影响（1）
无电容器的电网
HV
Iharmonics
Transformer （变 压器） HV / LV
~
~
M
=
=
harmonics generators（谐波生成器） (Gh)
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谐波对电容器的影响（2）
电网安装有电容器 HV
Iharmonics
Transformer（变 压器） HV / LV
~
~
M
=
=
harmonics generators（谐波发生器） (Gh)
Hn
HDn
%=
x 100
H1
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谐波源设备
变速传动装置 晶闸管控制设备 固定式换流器（UPS不间断电源） 电弧炉 电焊机 大建筑物中的照明 饱和电抗器（变压器）
8
变速传动装置 3相负载 产生5，7，11，13的高谐波电流 电流是不稳定的
谐波电流是
S=23KVA THDI=124% 2.5 12 .5001.5 -0.5 -1 --12.5 -2.5
L2 e2
L3 e3
C Z
谐波电流是
S=122KVA THDI=30%
谐波频谱
28% H5, 5% H7, 6% H11, ...
100 80 60 40 20 0
H1 H5 H7 H 单相负载 有高谐波含量的电流 持续在20到50周期之间！
谐波电流是
非正弦周期信号的rms值是：
rmsvalue(值) H12 H 22 ... Hn2
H1=基波分量H2，…， Hn＝谐波分量 缩写词rms代表均方根。
例： 计算由单相负载（例如个人电脑）引导的rms电流： I fund. = 56.2A; Ih3 = 27.2A; Ih5 = 2.7A; Ih7 = 9.2A;