谐波考试内容1

谐波抑制和无功功率补偿

第一节课

1. 谐波分类

（1）

奇偶谐波 （2） 分数次波：频率不是整数倍基波频率的谐波。分数谐波分为间

谐波和次谐波两类。

间谐波往往由较大的电压波动或冲击性非线性负荷所引起，所有非线性的波动负荷，如电弧焊、电焊机、各种变频调速装置、同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波波源，电力载波信号也是一种间谐波。

间谐波特点有放大电压闪变和音频干扰，影响电视机画面及增大收音机噪音，造成感应电动机振动及异常。对于由电容、电感和电阻构成的无源滤波器电路，间谐波可能会被放大

2. 谐波基本概念与定义

（1） 谐波电压含量：H U =

（2） 谐波电流含量：H I =

（3） 谐波电压含有率：1

100%n n U HRU U =⨯ （4） 谐波电流含有率：1

100%n n I HRI I =⨯ （5） 电压谐波总畸变率：1

100%H u U THD U =⨯ （6） 电流谐波总畸变率：1100%H i I THD I =

⨯ 但是到目前为止，谐波功率的计算还无标准。

3. 谐波的分析方法

a ．

傅里叶分析：傅里叶只能做稳态分析，且必须采集整一个周期的数据，容易产生窗口泄露，检测结果延迟很大。 b ． 坐标变换法：电机学中的三相交换法将旋转坐标转换成静止坐标。这

种方法实时，但三相对称性差，且本身用低通滤波器LPM 本身检测

（神经网络法，LMS算法的GCM）

4.谐波的抑制

谐波由负载产生，但希望谐波不要流入电网或其他负载上，希望能在本地消除。谐波的抑制方法有：

➢无源滤波：加L或C，改变谐振频率、品质因数，使其形成带通/阻，高/低通滤波器。但是谐波抑制选择性很差，可能导致过载。

➢有源滤波：产生一个大小相等，方向相反的谐波来对消。存在的问题是检测速度慢，检测精度要求高。损耗、成本压力、装置本身使用寿命以

及安装施工是否便利都是存在的问题。

5.谐波的计量与标准、测量

谐波具有很强的随机、实时、潜伏性

出厂前产品检测的方法与工具还有缺陷。

6.谐波的危害

波形乱，产生噪声，对各种电机、继电保护装置、谐振回路等产生危害，轻则使电力系统性能下降，重则破坏设备装置。

谐波产生：

非线性（例如过铁芯、磁滞损耗使波形烂）

电力电子装置（例如PWM，触发角、整流装置引入谐波，破坏原

正弦波形）

电弧炉、继电开关等

谐波源行业主要有化工、铁路、电力系统、有色冶金、家用电器、实验

机构、机械制造加工业等。

第二节课

1. 谐波源

●稳定谐波源

✧电力电子装置

✧器件的非线性（例如变压器，磁滞，串入大L或C）

●不稳定谐波源：（雷电冲击、电弧炉、电焊机、电机的启停、等）常产用

无源滤波方法，将各种谐波组合搭配能达到互补的效果。

●其他谐波源

✧大的短期负载的启停会产生动态谐波

✧点火装置：一瞬间的电磁脉冲且为脉冲序列，可通过电容耦合,干扰

控制器件的灵敏度。

✧大型负载的投切，产生电弧，对控制器干扰大，采用PLC，软开关

技术在开关附近加阻容吸收，有效防电弧。

2. 整流电路的谐波分析

●单相桥式整流电路

当为阻感负载时，在直流侧电流为直线，在交流侧电流为矩形波，则电流中仅含奇次谐波，即1、3、5、7、9.…次谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。

三次谐波主要采用三角形/Y型结法等吸收。

当为阻容负载时，直流侧电流为蓝色线所示，交流侧电流如图中红色线所示，此时谐波含量主要为5、7、9次谐波，3次谐波不占主要了。

●三相桥式整流电路

对于阻感负载，在直流侧的电流为直线，对于交流侧的电流，三相差120度，并且电流波形为导通120度截止60度的矩形波。电流中仅含有6k+1次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。对于变压器一次侧三相电源的电流波形则随变压器的连结方式不同而有所不同。

●多种整流

利用变压器连结不同引起的变化，可以构成多相整流电路来使某几次谐

波相互抵消，从而减少谐波量。

第三、四节课学长学姐仿真

第五节课无源滤波

无源滤波主要产用L或C使用固有特性达到降低畸变作用，主要用于5次和7次。

1、一阶无源滤波

✧串大电感（平波电抗器）

✧并联电容（滤波电容）电解电容1-10uF，主要滤除低频干扰

瓷片/云母0.01/0.001uF，高频滤波力强，消除尖峰

✧磁环/柱：具有很强的磁化能力，当交流谐波流过时，在其上发热消

耗。在电网上，接地时串入一个磁柱。

以上三个主要用于小容量的直流电路。而大容量时有阻容吸收回路，主要用于行程开关的接触器防止电弧。另外还可以采用非线性器件，依靠其他大容量电源来平波，例如钳位电路、稳压电路、基准电压。另外超大容量时可采用浪涌电路。

2、二阶无源滤波

✧L、C相串后与负载并联：则谐振频率为

f=,是带通滤波器，

设

050

f HZ

=,使250

f HZ

=，则电阻侧产生的5次谐波就通过LC回路流走，就流不到电源侧。若电容稍大，电感稍小，则LC串成容性，即可以补

偿无功，又可以吸收谐波。

✧L、C、R相串后与负载并联：串联R的缺点是会消耗电能，但是优

点是谐振频率没变，品质因数变低，电阻变大，特性曲线变矮，频

带变宽。在设计电路中的R时，应考虑电感中的R。若设在250HZ

上，谐波过多猛灌烧坏电容与电感。在工程上，常采用偏调谐，即

设在250HZ附近，则此时可让一部分谐波流过又不超过它的容量。

✧双调谐滤波器：有两个阻抗低的点，可以吸收两个频率的谐波，等

效为两路谐振电路。

上述三种方式，只能针对特殊的频率，另有高通滤波器、低通滤波器等，在工程上往往组合使用，例如双调谐带高通滤波器。

✧软件滤波：平均值滤波、中位值滤波、消除竞争冒险方法

✧其他滤波：三态门锁存器、单稳态触发器、斯密特电路等

第六节课有源滤波

有源滤波主要是利用电力电子装置产生与负载谐波相反的谐波，从而与电网中得谐波相抵消。主要用于补偿无源滤波器实现高次滤波。

有源滤波器主要分为检测、控制、电源三部分。

✧并联型：常与无源滤波一起并联，各有其职，无源滤波主要消除5

次和7次谐波，而并联有源滤波器主要用于高次滤波。

✧串联型：在电网中串联APF，即相当于一个可调阻抗。

第七节课

在传统的谐波治理的过程中，从检测到控制到产生谐波来与电网相抵消过程中存在延时，这就得出了旋转坐标法，

旋转坐标法：带谐波的不规则正弦波乘以同频正弦波，得出直流分量与余弦分量，两者正交。用直流分量乘以一个标准正弦波得I，用原来的电流波形减去I得到的便是谐波。

谐波补偿的方式有就地补偿和集中补偿。要能得到较好的补偿，补偿装置要装在负载边，但是这样需要配置较多的补偿装置。若装在线路中间，既能得到较好的补偿，又能节省设备。将检测回路装在电网边可达到反馈的作用。