1、交流電源系統中的電流諧波產生原因及危害分析2012/4/191 概述 電流諧波產生原因 電流諧波危害分析 電流諧波抑制技術2012/4/192概述 隨著電力系統的發展以及電力市場的開放，電能質量問題越來越引起廣泛關注。由于各種非線性負載(諧波源)應用普及，產生的諧波對電網的污染日益嚴重。因此，諧波及其抑制技術己成為國內外廣泛關注的課題。2012/4/193電流諧波電流諧波(Harmonic Current)：將非正弦周期性電流函數按傅立葉級數展開時，其頻率為原周期電流頻率整數倍的各正弦分量的統稱。頻率等于原周期電流頻率k倍的諧波電流稱為k次諧波電流。總諧波畸變率(Total Harmonic

2、Distortion, THD):全部諧波含量均方根值與基波均方根值之比，以百分數表示。2012/4/194電流諧波產生原因電源本身質量不高產生的諧波 發電機是產生電能的裝置，由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到均勻一致和其他一些原因，致使電源多少會產生一些諧波輸配電系統產生的諧波 輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，使得磁化電流呈尖頂波形，含有奇次諧波。其大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。2012/4/195線性與非線性負載 非線性負載（Non-linear load): 負載阻抗參數（Z）不總為恒定常數，隨諸如電壓或者時間等

3、其他參數而變化的那種負載。 線性負載（Linear load): 當施加可變正弦電壓時，其負載阻抗參數恒定的那種負載。2012/4/197非線性負載開關電源等中的整流設備 整流設備，尤其是帶感性負載的整流設備所帶來的諧波污染嚴重困擾電力系統的正常運行變頻設備 變頻器的輸入電流呈尖峰狀，諧波成分負載，不僅含有整數次諧波，還含有分數次諧波電弧爐、電石爐 電爐的三相電機很難同時接觸到高低不平的爐料，導致三相負載不平衡，產生諧波電流，主要是2-7次諧波家用電器2012/4/198單相橋式全控整流電路輸入電壓Uac和輸入電流Iac波形2012/4/1910單相橋式全控整流電路輸入電流Iac波形頻譜分析（

4、FFT）2012/4/1911諧波電流的危害對供配電線路的危害影響線路的穩定的運行 供配電系統中的電力線路與電力變壓器一般采用電磁式繼電器、感應式繼電器或晶體管繼電器予以檢測保護，使得在故障情況下保證線路與設備的安全。這些繼電保護裝置容易受諧波影響，產生誤動或拒動，嚴重威脅供配電系統的穩定與安全運行影響電網的質量 電力系統中的諧波能使電網電壓的波形發生畸變。另外，相同頻率的諧波電壓和諧波電流要產生同次頻率的有功功率和無功功率，從而降低電網電壓，浪費電網的容量。2012/4/1912諧波電流的危害對用電設備的危害對電動機的危害 諧波對于異步電動機的影響，主要是增加電動機的附加損耗，降低效率，嚴重

5、時使電動機過熱。另外，電動機的諧波電流頻率接近某零件的固定頻率時，會使電動機產生機械振動。對低壓開關設備的危害 諧波會使配電用斷路器和漏電斷路器產生誤動作 。對弱電系統設備的干擾 對于計算機網絡、通信、有線電視、防報警與樓宇自動化等弱電設備，電力系統中的諧波通過電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這些系統中，產生干擾2012/4/1914諧波電流的危害對人體和電力測量準確性的影響 目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應型，它們受諧波的影響較大。特別是電能表(多采用感應型)，當諧波較大時將產生計量混亂，測量不準確。 從人體生理學來說，人體細胞在受到刺激興奮時，會在細胞膜靜息電位基礎上發生快速電波動

6、或可逆翻轉，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。2012/4/1915電流諧波抑制技術主動型諧波抑制技術 對接入電網的設備本身進行改進，限制其產生的諧波含量或者不產生諧波。小功率電力裝置：功率因數校正（Power Factor Correct, PFC) 電路；大功率電力裝置：多繞組變壓器的多脈沖整流或將多脈沖整流與移相結合的準多脈沖整流。 缺點：成本高, 效率低。同時在采用脈寬調制技術的電力電子系統中，還會產生高次諧波，需要抑制高次諧波。2012/4/1917電流諧波抑制技術被動型諧波抑制技術 通過外加設備達到諧波抑制的目的，即裝設無源電力濾波器（P

7、ower Filter, PF)、有源電力濾波器（Active Power Filter, APF）或混合型電力濾波器進行濾波。2012/4/1918無源電力濾波器 無源電力濾波器是傳統的補償無功和抑制諧波的主要段，是一種用并聯濾波器濾除諧波的典型電路結構，通常是根據所要實現的功能由電力電容器、電抗器和電阻組合而成。優點：結構簡單維護方便，造價低對特殊次諧波吸收效果明顯設計和制造經驗成熟可以改善功率因數缺點：只能抑制規定次諧波濾波特性受系統參數影響大可能與系統發生諧振裝置體積大，損耗大濾波要求和無功補償、調壓 要求有時難以協調2012/4/1919有源電力濾波器 有源電力濾波器是一種能夠彌補無

8、源濾波器不足的一種新型諧波抑制設備，是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能對大小變化的諧波以及變化的無功進行補償。它的基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網電流只含基波分量。2012/4/1920有源電力濾波器1）實現了動態補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應。2）可同時對諧波和無功功率進行補償，補償無功功率時不需要儲能元件，補償諧波時所需要儲能元件容量也不大，且補償無功功率的大小可做到連續調節。3）受電網阻抗的影響不大，不容易和電網阻抗發生諧振。4）能跟蹤電網頻率的變化，故補償性能不受電網頻率變化的影響。5）既可對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源集中補償。2012/4/1921有源電力濾波器有源電力濾波器系統基本