电力电子装置的谐波危害及抑制

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质量的一个不容忽视的因素。

谐波不仅会导致电力设备的损坏，还会增加电能损耗，降低电力系统的可靠性。

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，具有十分重要的意义。

一、谐波的产生要理解谐波，首先需要了解它的产生原因。

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各种电力电子设备，如变频器、整流器、逆变器等，以及电弧炉、荧光灯等。

以变频器为例，它通过对电源进行快速的通断控制来实现对电机转速的调节。

在这个过程中，电流和电压的波形不再是标准的正弦波，而是包含了各种频率的谐波成分。

整流器在将交流电转换为直流电的过程中，由于其工作特性，也会产生谐波。

同样，电弧炉在工作时，电弧的不稳定燃烧会导致电流的剧烈变化，从而产生谐波。

二、谐波的危害谐波的存在给电力系统带来了诸多危害。

对电力设备而言，谐波会使变压器、电动机等设备产生额外的损耗，导致设备发热增加，缩短使用寿命。

对于电容器来说，谐波电流可能会使其过载甚至损坏。

在电能质量方面，谐波会导致电压和电流波形的畸变，使电能质量下降，影响用电设备的正常运行。

例如，对于计算机等精密电子设备，谐波可能会引起数据丢失、误操作等问题。

此外，谐波还会增加电力系统的无功功率，降低功率因数，从而增加线路损耗和电能浪费。

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。

目前，常用的谐波分析方法主要有傅里叶变换、小波变换和瞬时无功功率理论等。

傅里叶变换是谐波分析中最常用的方法之一。

它可以将一个复杂的周期性信号分解为不同频率的正弦波分量，从而得到各次谐波的幅值和相位信息。

然而，傅里叶变换在处理非平稳信号时存在一定的局限性。

小波变换则能够很好地处理非平稳信号，它通过对信号进行多尺度分析，可以更准确地捕捉到信号在不同时间和频率上的特征。

一.谐波电流一般来说, 理想的交流电源应是纯正弦波形, 但因现实世界中的输出阻抗及非线性负载的原因, 导致电源波形失真。

近年来整流性负载的大量使用, 造成大量的谐波电流, 也间接污染了市电, 产生电压的谐波成份. 另外一些市售的发电机或UPS本身输出电压就非纯正弦波, 甚至有方波的情形, 失真情形更严重, 所含谐波成份占了很大的比。

1.谐波的危害谐波使电能的生产、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。

谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。

谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。

对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

2.谐波是怎么产生的一是发电源质量不高产生谐波：发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

二是输配电系统产生谐波：输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。

它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。

铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流%。

三是用电设备产生的谐波：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。

我们知道，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，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，在接感性负载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。

谐波的产生和危害有哪些谐波的抑制方法谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。

关于“谐波的产生和危害有哪些谐波的抑制方法”的详细说明。

1.谐波的产生和危害有哪些1.谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗，降低了输变电及用电设备的效率。

2.谐波可以通过电网传导到其他的电器，影响了许多电气设备的正常运行，比如谐波会使变压器产生机械振动，使其局部过热，绝缘老化，寿命缩短，以至于损坏；还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转。

3.谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大。

4.谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。

5.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号、检测信号等弱电信号受到干扰，严重时使系统无法得到正确的检测信号，或使控制系统紊乱。

2.谐波的抑制方法(一)降低谐波源的谐波含量在谐波源上采取治理措施，从源头上最大限度地避免谐波的产生。

这就需要在设计、制造和使用谐波源设备时，要注意谐波对供电系统及其供用电设备的影响，采取切实可行的治理措施。

用电业务管理部门要严格把关，对于没有采取治理措施的谐波源用户，要禁止其入网运行。

(二)在谐波源处吸收谐波电流这种方法是对已有谐波进行有效抑制的方法，也是目前电力系统使用最为广泛地抑制谐波的方法。

其主要方法有以下几种：1.无源滤波器无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L、C、R元件构成谐振回路，当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可阻止该次谐波流入电网。

这种方法由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。

2.有源滤波器有源滤波器即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。

3.防止并联电容器组对谐波的放大在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。

电力电子变换器中的谐波扰动分析与抑制方法电力电子变换器是现代电力系统中的重要设备，其功能是将电能转换为特定形式的电能输出。

然而，电力电子变换器在工作过程中会产生谐波扰动，影响系统的稳定性和电能质量。

因此，对谐波扰动进行分析与抑制是电力电子变换器研究领域的重要课题。

首先，我们需要了解电力电子变换器中的谐波扰动来源。

谐波扰动主要来自于电力电子器件的非线性特性以及负载的非线性特性。

电力电子器件在开关过程中具有非线性特性，会产生高频谐波信号。

负载的非线性特性会导致电流形状畸变，进而产生低频谐波信号。

为了准确分析电力电子变换器中的谐波扰动，我们可以采取以下方法。

1. 测量与监测：通过使用谐波分析仪等专业设备对电力电子变换器进行测量与监测，可以获取变换器输出端的谐波水平。

通过分析谐波频谱，我们可以确定谐波的频率和幅度，进而确定谐波来源和抑制方法。

2. 模拟仿真：利用电力电子变换器的数学模型进行仿真，可以方便地分析谐波扰动的波形和谐波分布。

通过调整变换器的工作参数，比如拓扑结构、开关频率等，可以探索谐波扰动的变化规律，并优化系统设计。

分析了电力电子变换器中谐波扰动的来源后，下面我们来探讨如何抑制谐波扰动。

1. 滤波器设计：在电力电子变换器的输出端添加谐波滤波器是一种常见的抑制谐波扰动的方法。

谐波滤波器通过选择合适的滤波器频率，将谐波信号滤除，保证输出电能的质量。

常见的谐波滤波器包括被动滤波器和有源滤波器，根据实际情况选择适合的滤波器类型。

2. 控制策略优化：电力电子变换器的控制策略对谐波扰动的抑制有重要影响。

我们可以通过优化开关拓扑和调整控制参数来改善系统的谐波性能。

例如，采用多电平逆变器、多电平调制技术和谐波抑制PWM技术等，可以有效地减小谐波幅值。

3. 使用异步串联电源：将一个电力电子变换器与一个异步串联电源连接起来，可以使变换器的输出与电源之间达成电力共享，减小谐波扰动。

异步串联电源通过控制电流的相位和幅值，将其与变换器的输出相互补偿，从而实现谐波抑制。

电网谐波的危害及抑制技术随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电力质量（ＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙ）受到人们的日益重视。

例如，工业生产中的大型生产线、飞机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电，或因受电力网上瞬态电磁干扰影响，致使计算机系统无法正常运行，将会带来巨大的经济损失。

电梯、空调等变频设备、电视机、计算机、复印机、电子式镇流器荧光灯等已成为人民日常生活的一部分，如果这些装置不能正常运行，必定扰乱人们的正常生活。

但是，电视机、计算机、复印机、电子式照明设备、变频调速装置、开关电源、电弧炉等用电负载大都是非线性负载，都是谐波源，如将这些谐波电流注入公用电网，必然污染公用电网，使公用电网电源的波形畸变，增加谐波成份。

近几年，传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术日臻成熟。

集成度愈来愈高的微电子技术使计算器的功能更加完美，体积愈来愈小，从而促使各种电器设备的控制向智能型控制器方向发展。

随着微电子技术集成度的提高，微电子器件工作电压变得更低，耐压水平也相对更低，更易受外界电磁场干扰而导致控制单元损坏或失灵。

例如，２０世纪７０年代计算机迅速普遍推广，电磁干扰及抑制问题更是十分突出，一些功能正常的计算机常出现误动作，而无法找出原因。

１９６６年日本三基电子工业公司率先开发了“模拟脉冲的高频噪音模拟器”，将它产生的脉冲注入被试计算机的电源部分，结果发现计算机在注入１００～２００Ｖ脉冲时就误动作，难怪计算机在现场无法正常工作，其原因之一是计算机的电源受到了污染。

因此，受谐波电流污染的公用电源，轻者干扰设备正常运行，影响人们的正常生活，重者致使工业上的大型生产线、系统运行瘫痪，会造成严重经济损失。

国际电工委员会（ＩＥＣ）已于１９８８年开始对谐波限定提出了明确的要求。

美国“ＩＥＥＥ电子电气工程师协会”于１９９２年制定了谐波限定标准ＩＥＥＥ—１０００。

谐波产生的原因危害和抑制措施0前言随着电力电子技术的飞速发展，各种新型用电设备越来越多地问世和使用，高次谐波的影响越来越严重。

电力系统受到谐波污染后，轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。

以前，电力系统考核电能质量的主要指标是电压的幅值和频率，现在世界各国都把电网电压正谐波形畸变率极限值作为电能质量考核指标之一，正确认识谐波已成为电力工作者的重要任务之一。

因此，研究和分析谐波产生的原因、危害和抑制谐波的措施具有重要的实际意义。

1谐波产生的原因在供电系统中谐波的发生主要是由两大因素造成的:（1）可控硅整流装置和调压装置等的广泛使用，晶闸管在大量家用电器中的普通采用以及各种非线性负荷的增加导致波形畸变。

（2）设备设计思想的改变。

过去倾向于采用在额定情况以下工作或裕量较大的设计。

现在为了竞争，对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。

例如有些设计为了节省材料使磁性材料工作在磁化曲线的深饱和区段，而在这些区段内运行会导致激磁材料波形严重畸变。

2谐波对电力系统的危害谐波对电力系统的污染日益严重，谐波源的注入使电网谐波电流、谐波电压增加，其危害波及全网，对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。

现将对具体设备的危害分析如下：（1）交流发电机。

同步电动机及感应电动机在定子绕组和转子绕组产生附加热损耗，热损耗除谐波电流铜损I2nR以外，还由于电流的集肤效应，产生附加损耗，对转子引起热损耗增大。

对大型汽轮发电机来说，若发生多次谐波振荡，谐波电流超过额定电流的25％时，由于上述原因可能会导致转子局部过热而损坏。

对变压器来说，铁芯产生热损耗，尤其是涡流损耗大，在变压器绕组中有谐波电流，在铁芯中感应磁通，产生铁损。

（2）架空线路谐波电流产生热损，较大的高次谐波电流分量能显著地延缓潜供电流的熄灭，导致单相重合闸失败。

电缆中的谐波电流会产生热损，使电缆介损、温升增大。

（3）电力电容器由于谐波电流会引起附加绝缘介质损耗，加快电力电容器绝缘老化。

电力系统的谐波分析与抑制研究谐波是电力系统中一个普遍存在的问题，由于谐波的存在会降低系统的效率，引起设备损坏甚至系统崩溃，因此对于电力系统的谐波分析与抑制研究具有重要的意义。

本文将深入探讨谐波的概念、产生原因以及相应的分析与抑制方法。

一、谐波的概念与产生原因谐波是指电力系统中频率是基波频率的整数倍的非基波信号。

在电力系统中，谐波的产生主要有两个原因：非线性负载和谐波源。

非线性负载是指在电力系统中存在的像电子设备、调速电机等具有非线性特性的负载。

由于这些负载的特性，当负载电流不是正弦波时，会产生谐波。

谐波源是指在系统中存在的一些直接产生谐波的设备，例如电弧炉、电弧炉变压器等。

这些设备会直接产生谐波，对系统造成干扰。

二、谐波分析方法为了准确分析电力系统中的谐波问题，我们需要采用适当的谐波分析方法。

常用的谐波分析方法主要有频谱分析法、时间域分析法和组成分析法。

频谱分析法是通过将信号分解为一系列不同频率的正弦波来分析谐波成分。

这种方法基于傅里叶级数展开的理论，对信号进行变换后得到谐波的幅值和相位信息。

时间域分析法主要是针对非周期性谐波进行谐波分析，适用于信号比较复杂的情况。

而组成分析法则是通过对谐波进行分离和归类，进一步研究谐波的频谱特性和波形特征。

三、谐波抑制方法谐波对电力系统的影响必须得到合理的抑制，以保证系统的正常运行。

目前常用的谐波抑制方法主要包括滤波器、变压器设计和降低负载对谐波的响应等。

滤波器是最常见的谐波抑制设备，可以根据不同的谐波成分选择不同类型的滤波器进行抑制。

常用的滤波器包括谐波干扰抑制器、谐波滤波器、有源滤波器等。

这些滤波器可以有效地消除谐波干扰，保证系统的稳定运行。

变压器设计也可以用来抑制谐波。

通过改变变压器的设计参数，例如导电屏蔽、磁纳阻和铜损耗等，可以降低谐波的影响。

此外，合理规划电力系统中的变压器容量分配和联结方式，也可以有效减少谐波问题。

降低负载对谐波的响应也是一种有效的抑制方法。

谐波干扰与抑制（南宁浮法玻璃有限责任公司动力分厂，南宁，530031）摘要：本文介绍了谐波的产生、危害、传播途径及相应的抑制措施。

并以浮法玻璃生产线上的主要谐波源为例，列举了谐波干扰及抑制的实例。

关键词：谐波干扰，谐波危害，干扰途径，抑制措施，实例0.引言随着各种电力电子设备的应用日益广泛，大量的谐波电流注入电网，谐波所造成的危害也日趋严重。

现在，许多国家都制定了限制电力系统和用电设备谐波的标准和规范，把谐波管理做为供配电系统的一项重要管理工作。

所以研究和分析谐波的产生、危害和抑制具有重要的实际意义。

1.谐波的产生凡与电力系统连接并向电网输入50Hz以上频率电流的设备，统称谐波源。

谐波叠加在正弦基波上，使基波波形发生畸变。

电网谐波主要来源于三个方面：1.1发电机产生的谐波发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致等原因，发电机磁极磁场并非完全按正弦规律分布，因此感应电动势就不是理想的正弦波，输出电压也就包含一定的谐波。

不过由于发电机设计时采取了许多削弱谐波的措施，因此其输出电压的谐波含量很少。

1.2变压器产生的谐波变压器产生的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的。

变压器的铁心具有非线性，加上正弦电压时，励磁电流产生波形畸变，谐波成分包含以3、5次谐波为主的奇次谐波，其中3次谐波含量可达额定电流的0.5％。

变压器励磁电流的谐波含量和铁心饱和程度有关，施加于变压器的电压越高，谐波含量急剧增加。

注入电网的谐波成分和变压器的连接组别有关，变压器一次侧为△形连接时，3n（n＝1，2，3…）次谐波只在△形绕组内流通，注入电网的只有6K±1（K＝1，2，3…）次谐波。

1.3用电设备产生的谐波1.3.1晶闸管整流装置产生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，给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下的部分中含有大量的谐波。

谐波含量随控制角增大而增大，控制角等于90º时谐波含量最大。