现代化开关电源谐波分析及抑制方法

谐波产生、危害及如何抑制谐波1分析低压配电系统中谐波1-1什么是供电系统的谐波对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，除了得到和电网基波频率相同的分量，还包括许多大于电网基波频率分量，这些电量就被称为谐波。

谐波频率和基波频率比值（n=fn/f1）被称之为谐波次数。

电网中有时也会有非整数谐波存在，即为非谐波或称为分数谐波。

谐波其实是一种干扰量，会使电网受到“污染”。

电工技术主要研究谐波是如何产生的、及怎样传输、如何测量、造成危害及抑制。

谐波大小通常用总谐波畸变率来表示，在周期性交流量中的谐波含量的均方根值和它的基波分量的均方根比值（用百分数来表示）；电压总谐波畸变率用thdu表示；电流总谐波畸变率用thdi表示。

1-2电网谐波的主要来源（1）由于发电系统中发电机三相绕组在制造过程中很难做到完全对称，铁芯也很难做到绝对均匀一致等原因，所以发电时多少会产生一些谐波，总体来说数量较小。

（2）输配电系统中产生的谐波：主要是输配电系统中电力变压器产生的谐波，由于电力变压器铁芯饱和，磁化曲线的非线性，加上设计时要考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线上接近于饱和段，就使磁化电流呈现尖顶波形，从而就含有了奇次谐波。

它的大小是与磁路的结构形式、铁芯饱和度相关。

其饱和度越高，电力变压器工作点就会越远地偏离线性，从而造成谐波电流就越大。

（3）用电设备所产生谐波是因为供电系统中存在着非线性负荷，当电流流过和所加的电压不是线性关系时，就会发生非正弦电流，这就是谐波电流。

非线性负荷设备有开关电源（smps）、调速装置、电子荧光灯镇流器、不间断电源、包含磁性铁芯设备以及部分家用电器（如电视机、计算机）等。

1-3半导体整流设备由于半导体广泛应用于开关电源、不间断电源等许多方面，由其产生的谐波给电网造成大量的电污染。

半导体整流装置是采用移相控制，从电网吸收了缺角的正弦波，从而给电网剩下的是另一部分缺角正弦波，在剩下部分中就会含有大量谐波。

抑制谐波干扰常用的方法1.滤波器：应用良好设计的滤波器可以有效地降低谐波干扰。

滤波器可分为有源滤波器和无源滤波器两类。

有源滤波器通过输入与谐波相反的相位来实现谐波的抵消，而无源滤波器则通过吸收谐波的能量来消除谐波。

2.降低谐波发生源：降低谐波发生源的数量和强度也是有效抑制谐波的方法之一、可以采用合适的电源，避免使用产生大量谐波的设备，或者通过更换谐波发生源的设计和运行来降低其谐波产生量。

3.电力电子设备的设计优化：电力电子设备是电力系统中可能产生谐波的常见源。

通过对电力电子设备的设计进行优化，可以减少其产生的谐波。

例如，在设计中应用合适的滤波器和补偿装置，或者使用降低谐波的控制方法，都可以有效地减少谐波干扰。

4.使用变压器：变压器可以提供一定程度的谐波抑制功能。

在电力系统中，通过使用适当设计的谐波隔离变压器，可以有效地降低谐波的传播和干扰。

这是因为谐波对于变压器的阻抗通常较高，可以将谐波限制在变压器较小的区域内。

5.谐波滤波器的安装和调整：谐波滤波器是一种专门用于抑制谐波的装置。

通过安装谐波滤波器，可以在电力系统中选择性地去除谐波成分。

滤波器的调整需要深入研究电力系统的谐波特性，并根据实际情况进行适当的选择和设置。

6.谐波监测和控制：谐波监测和控制系统可以实时监测电力系统中的谐波情况，并采取相应的控制策略来抑制谐波。

这可以通过在线监测设备、谐波分析仪和自动控制装置实现。

当系统中的谐波水平超过预设阈值时，控制系统可以自动启动滤波器等设备来抑制谐波干扰。

7.谐波抑制转换器：谐波抑制转换器是一种特殊的电力电子装置，可以通过改变其频率和幅度来抑制谐波。

这种转换器通常应用在大功率电力系统中，可以降低对网络的谐波干扰。

总的来说，抑制谐波干扰的方法涉及系统设计、设备优化、滤波器安装调整和监测控制等多个方面。

通过综合运用这些方法，可以有效地减少谐波的产生和传播，提高电力系统的质量和稳定性。

浅谈电力系统谐波检测及抑制方法摘要：电力系统谐波是由于现代电子设备日益普及而产生的一种新型电能质量问题。

本文在分析电力系统谐波特征的基础上，探讨了目前谐波检测技术的发展状况，同时介绍了几种谐波抑制方法。

最后，本文提出了针对电力系统谐波的合理解决方案，以期有效降低谐波对电力设备的影响。

关键词：电力系统，谐波检测，谐波抑制，电能质量正文：随着现代电子设备的普及和高速发展，电力系统谐波问题越来越引起人们的关注。

由于电力系统中存在着各种电器设备，这些设备中存在许多非线性元件，产生的非线性负载将会导致电能质量的恶化，从而引起谐波问题。

针对电力系统谐波问题，需要采取有效的技术手段进行检测和抑制。

一、谐波检测技术谐波检测技术可以通过准确测量电压电流波形上的失真程度，确定电力系统中的谐波状况。

现代电子设备的高频特点和非线性元件的存在，使得传统的模拟测量方法越来越无法满足工程需要。

目前，数字信号处理技术成为了谐波检测技术的主要手段，数字化谐波分析仪的应用也日益广泛。

二、谐波抑制方法目前，谐波抑制方法主要包括直接方法和间接方法两种。

1、直接方法直接方法是指通过增加滤波器等装置直接消除谐波分量或基波分量的方法。

目前较为普遍的直接方法是谐波滤波器。

谐波滤波器分为有源谐波滤波器和无源谐波滤波器两种，其中有源谐波滤波器包括H营和L营两类，无源谐波滤波器包括平行谐波滤波器和串联谐波滤波器两类。

2、间接方法间接方法主要是指改善电路的结构和控制方法，从而达到抑制谐波的目的。

较为典型的间接方法包括电容补偿、电感滤波、交流电调压、功率因数补偿等。

三、谐波抑制综合方案充分综合采用直接方法、间接方法以及电力系统的调整等多种手段，才能制定出一套具有可行性的谐波抑制方案。

本文提出的谐波抑制综合方案包括:1、采用电力电容器组和电感滤波器，通过直接方法降低电力系统谐波水平。

2、在电力系统的控制中加入波形纠正功能，实现无功功率和有功功率之间的分离，调整电力系统的谐波响应。

浅谈电力系统谐波检测及抑制方法摘要：本文主要阐述了电力系统谐波的产生原因和危害，介绍了谐波检测的方法，包括传统方法和新兴方法，以及谐波抑制的方法，包括被动滤波和主动滤波等。

同时，针对电力系统谐波的特点，提出了一些优化措施，以期对电力系统谐波的检测和抑制产生积极的影响。

关键词：电力系统、谐波、检测、抑制正文：一、谐波的产生原因及危害谐波是指频率为基波频率整数倍的交流电信号，是电力系统中极其普遍的现象。

谐波的产生原因主要有以下几种：1、非线性负载的存在：如励磁系统、变频器、UPS等等。

2、电力电子器件的存在：如开关电容器等等。

3、线路谐振所产生的回波：如高压输电线和变压器中的谐振回波。

4、供电系统中的电弧、火花放电等。

大量的谐波会对电力系统产生不可避免的危害，包括：1、阻碍电能传输：谐波会引起交流系统内的电压和电流失去同步，从而无法有效地传输电能。

2、损坏电力设备：谐波会使电力设备的温度升高，引起设备故障或烧坏。

3、引起电力波动：谐波会使电力质量发生变化，从而引起电力波动。

4、对用电设备的干扰：谐波会对用电设备产生干扰，使其工作出现异常。

二、谐波的检测方法为了准确地检测和分析电力系统中的谐波，需要采用适当的谐波检测方法。

目前常见的谐波检测方法包括：1、传统的谐波检测方法：包括单相检测法、三相检测法等，主要是通过对线路中的电压和电流进行采样，并对谐波进行滤波和分析。

2、新兴的谐波检测方法：如快速小波变换法（FWT）、矢量变量法（VSA）等，较为有效地解决了传统方法中的一些问题，例如不容易出现失灵、可实现频率矩阵多恒定、不依赖预处理等。

三、谐波的抑制方法为了有效地抑制电力系统中的谐波，需要采用相应的谐波抑制方法。

目前常见的谐波抑制方法包括：1、被动滤波：即采用滤波器等被动电路来消除谐波，其优点是结构简单，可靠性高，成本低廉，常常应用于对谐波要求不高的场合。

2、主动滤波：即通过电网与电源之间的电流、电压、功率等进行控制，进而消除谐波，其优点是能够发挥较好的动态响应能力，比被动滤波性能更好。

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性能的一个重要因素。

谐波的存在不仅会降低电能质量，还可能对电力设备造成损害，增加能耗，甚至影响整个电力系统的安全稳定运行。

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，具有极其重要的意义。

一、谐波的产生谐波是指频率为基波频率整数倍的正弦波分量。

在电力系统中，谐波的产生主要源于以下几个方面：1、非线性负载电力系统中的许多负载，如电力电子设备（如变频器、整流器、逆变器等）、电弧炉、荧光灯等，其电流与电压之间不是线性关系，从而导致电流发生畸变，产生谐波。

2、电力变压器变压器的铁芯饱和特性会导致磁化电流出现尖顶波形，进而产生谐波。

3、发电机由于发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，以及铁芯的不均匀等因素，也会产生少量的谐波。

二、谐波的危害谐波对电力系统的危害是多方面的，主要包括以下几点：1、增加电能损耗谐波电流在电力线路中流动时，会增加线路的电阻损耗和涡流损耗，导致电能的浪费。

2、影响电力设备的正常运行谐波会使电机产生额外的转矩脉动和发热，降低电机的效率和使用寿命；对电容器来说，谐波可能导致其过电流和过电压，甚至损坏；对于变压器，谐波会增加铁芯损耗和绕组的发热。

3、干扰通信系统谐波会产生电磁干扰，影响通信设备的正常工作，导致信号失真、误码率增加等问题。

4、降低电能质量谐波会使电压和电流波形发生畸变，导致电压波动、闪变等问题，影响供电的可靠性和稳定性。

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和测量。

常见的谐波分析方法主要有以下几种：1、傅里叶变换这是谐波分析中最常用的方法之一。

通过对周期性信号进行傅里叶级数展开，可以得到各次谐波的幅值和相位。

2、快速傅里叶变换（FFT）FFT 是一种快速计算傅里叶变换的算法，大大提高了计算效率，适用于对大量数据的实时分析。

开关电源中的谐波分析及其控制方法开关电源的广泛使用给电网造成了不利影响，降低了电能质量，进行开关电源谐波抑制十分重要。

本文首先对开关电源产生谐波的机理进行了分析，重点探讨了谐波抑制的方法。

实践表明，这些方法都是行之有效的。

标签：开关电源谐波抑制0 引言电力电子的不断发展使得开关电源的应用越来越广泛，开关电源技术在不断成熟，正朝着可靠性高以及小型化的方向发展。

但值得注意的是，开关电源中安装有大功率的开关管，它们作用在高频状态时会产生谐波，对周围的设备造成电磁干扰，影响电网的电能质量。

因此，对开关电源产生的谐波进行抑制十分必要，当前出现的抑制方法大致可以分为有源滤波以及无源滤波两种。

其中，后者的滤波效果更好，但其技术较为复杂，在实际应用中还不够广泛；无源滤波方法不仅能够进行谐波抑制，还可以起到无功补偿的效果[1]。

1 开关电源产生谐波机理分析所谓开关电源，它是通过事先设置好频率及占空比的脉冲信号对开关管的接通和断开进行控制[2]；从而实现功率的输出以及电压的调整。

为此，在开关电源的内部需要有相应的脉冲发生电路，实现对开关管的控制。

控制开关管是通过脉冲信号来受到控制的，改变脉冲占空比可以调整开关管的导通时间。

在开关电路中，开关管只有两种工作状态，一种是on，一种是off；此时，在输出电压中会存在与工作频率相对应的交流信号；这一谐波信号将会持续存在于输出电压中，比如：将开关的控制信号脉冲频率设置为：100kHz，其输出频谱为基波的奇次分量；在分析输出电压的频谱时可以看出，100kHz、300 kHz、500 kHz的频谱能量均存在。

另外，在上升沿和下降沿处，脉冲信号的电压变化速率很快，电流变化速率也很快；在此过程中会产生与控制脉冲频率不同的高频分量。

可见，为了对开关电源的频率成分进行控制，进行开关电源设计时应该根据设计需要合理选择开关控制脉冲，另外，还应该降低控制脉冲的速率。

2 开关电源谐波抑制方法2.1 使用EMI滤波器EMI滤波技术能够对尖脉冲干扰实施有效抑制，可以可靠滤除传导干扰以及辐射干扰，图1给出了一种EMI滤波器，它是由电容和电感组成的；将其接在开关电源的输出端；高频旁路电容为C1、C5，其作用是将输入电源线之间的差模干扰滤除掉；L1、C2，C4与L2、C2、C4对电路中的共模干扰进行滤除；L3、L4线圈的初级匝数是相等的，但其极性相反；当通以交流电流后，将会在磁芯中产生相反的磁通，这就是它抑制共模干扰的原理。

• 86 •内燃机与配件电力系统中谐波分析和抑制方法程宏(上海彪玛建筑工程咨询有限公司，上海200336)摘要:文章介绍了谐波的基本原理，电流和电压谐波产生的原因，主要的谐波源及其产生的谐波特点。

详细的叙述了谐波对电力 系统中设备的影响，对谐波电压和电流限制的指导原则。

最后介绍了一些常用的降低谐波的方法。

关键词：谐波；电力系统；限制原则；降低方法1谐波介绍当波的概念在19世纪30年代得到应用，谐波就出现 在人们的视野中。

除了接地，谐波已经是如今人们最关心 的关于电能质量的问题之一，在能源质量领域得到了广泛 的重视。

多数情况下，直到故障的出现，才意识到它的影 响。

对它进行深入的了解已经提到重要的议题上。

对电力 系统中产生的谐波干扰制定规范已经变得很重要。

1.1谐波描述一个周期性的非正弦谐波，可以用下面的傅里叶表达 式来统一表达出来。

v(t)=V,sin(wt)+V2sin(2wt)+V3sin(3wt)+ ...+Vn sin (nwt)+V...+1sin((n+1 )wt)+ (1)在上面的无限序列中，V,，V2，V3,…，V…代表这个连续 表达式的峰值。

这就是众所周知的周期性谐波表达式。

基波（一次谐波）的频率是f，二次谐波的频率是2x f，n次谐 波的频率是nxf。

为了发现非正弦电压或者电流在对设备 的影响，仅仅需要描述单次谐波的影响，然后把总的结果作者简介：程宏（1974-)男，辽宁鞍山人，上海彪玛建筑工程咨询 有限公司工程师。

叠加起来。

图1描述了单次正弦谐波如何叠加形成了非正弦谐波。

1.2电压和电流谐波的形成原因发电厂产生的电压传输很远的距离，经过几次变压，最后配送给用户。

用户设备产生富含谐波分量的电流，尤其是大型商业和工业设施。

谐波电流传输回供电电源，通 过不同能源输送设备的阻抗，例如传输电缆、变压器、母线 等等，产生额外的电压失真。

大部分的电流失真是由于负载引起的。

如果电源有明 显的电压失真，即使负载是线性的，也会产生非线性电流。

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:1.1 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。

1.2 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。

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。

文章编号：1006-1576（2006）07-0078-01电源系统的谐波干扰分析与抑制技术李洪亮（浪潮集团有限公司，山东济南 250013）摘要：谐波源分电流型和电压型2类。

电流型的抑制采用滤波器分流，即通过滤波器电感和电容的谐振，形成低阻抗并为谐波电流提供通路，以降低进入电网中的谐波电流。

而电压型谐波源的抑制则采用并联型滤波器分压，通过滤波器电感和电容的并联谐振，形成高阻抗，抑制降低电路中谐波电流在电网中所形成的谐波电压。

2种谐波都可采用无源和有源滤波两种形式抑制。

关键词：电源系统；谐波干扰；滤波抑制中图分类号：TP303.3 文献标识码：AHarmonic Disturbance Analysis and Restrain Technology in Power SystemLI Hong-liang(Langchao Group Ltd., Jinan 250013, China)Abstract: Harmonic source is divided into current harmonic source and voltage harmonic source. The choke of current harmonic source employed electric filters to shunt. That is, the resonance of inductance and capacity which moved through the filter forms low-impedance, and provided ways for harmonic current, to slow down the harmonic current which entered the electric network. While the choke of voltage harmonic source used parallel filters. The parallel resonance of inductance and capacity produced high impedance and choked the harmonic voltage which forms when the harmonic current moved through the electric network. Two types of harmonic waves both adopt active filters and positive filters to choke.Keywords: Power system; Harmonic disturbance; Filtering restrain0 引言目前，谐波电流造成的危害日益突出。