如何使用谐波注入法降低 PFC 谐波并改善 THD(第 1 部分)
电力系统中谐波的抑制和治理
电力系统中谐波的抑制和治理【摘要】由于电网系统中接入大量的非线性负荷所产生的谐波电流，引起电压及电流的波形畸变，严重影响供电质量，影响设备运行，造成能源浪费；抑制和治理谐波电流成为亟待解决的问题，采用电容器串联一定电抗率的电抗器组成调谐滤波器能有效地消除和抑制谐波，改善电能质量，提高功率因数，为企业节约电费。
【关键词】电网系统；谐波；抑制和治理一、谐波的产生理想的输电和配电系统是运行在固定频率的正弦波电压和电流波形下，然而有大量的非线性负荷如晶闸管、变频器等，当这些非线性负荷接入电网会产生大量的谐波电流，引起电压和电流波形畸变，他们将导致电网中的供电品质下降。
三相非线性设备所产生的谐波阶次主要为5次、7次、11次、13次……等，所产生的主要谐波电流以5次、7次、11次为最多。
二、谐波的影响谐波电流由非线性负荷产生后注入电网，将会在电网等效系统阻抗上产生畸变的谐波电压，危害如下：1、增加导线或线圈的电力损耗及温升，加速绝缘劣化；2、影响同馈线所有电气设备的供电品质；3、造成电机抖动，进而影响生产产品的质量；4、造成参考位准偏移，使控制设备误动作；5、干扰讯号传输，使传输数据不准确；6、导致电容器因谐振过电压而经常损坏；8、无法提高功率因数三、利用调谐电抗电容器组可以吸收和抑制谐波1、补偿回路串接调谐电抗器的原因在无功补偿系统中，由于电网系统以感抗为主，电容器回路以容抗为主。
在工频条件下，并联电容器的容抗比系统的感抗大的多，补偿电容器对电网发出无功功率，对电网系统进行无功补偿，提高系统功率因数。
但在有谐波背景的系统中，大量的非线性负荷会产生大量的谐波电流注入电网，引起电压及电流的波形畸变。
对谐波频率而言，电网系统感抗大大增加而补偿系统容抗大大减小，其调谐频率可能与电网中存在的谐波频率接近，如果电网中存在该特定频率的谐波电流源，则该频率的谐波电流可以被放大到正常的许多倍。
导致电压畸变率和电流畸变更为严重。
谐波治理的基本方法和措施_概述及解释说明
谐波治理的基本方法和措施概述及解释说明1. 引言1.1 概述谐波是指在电力系统或其他电气设备中频率为基波频率的整数倍的波动。
谐波问题已经成为现代电力系统和工业生产中普遍存在的一个难题，它会导致电能质量下降、设备寿命缩短、甚至引发系统故障等负面影响。
因此，探索谐波治理的基本方法和措施对于确保电网稳定运行和提高供电可靠性至关重要。
1.2 文章结构本文旨在对谐波治理的基本方法和措施进行概述并进行解释说明。
首先，在第2节中，我们将介绍谐波治理的概念及其基本方法。
然后，在第3节中，将详细讨论谐波治理方法的具体实施步骤，以帮助读者全面了解如何进行谐波治理。
接下来，在第4节中，我们将通过分析实例和进行案例研究来进一步加深对谐波治理的认识。
最后，在第5节中，我们将总结文章并展望未来谐波治理发展的趋势与挑战。
1.3 目的文章旨在向读者介绍谐波治理的基本方法和措施，并详细说明实施这些方法和措施的具体步骤。
通过对谐波问题的深入解析和案例研究，希望能提供给读者一些实用的指导和经验，以便在实际工程中有效地解决谐波问题。
此外，文章还将展望未来谐波治理发展的趋势，并指出可能面临的挑战，旨在激发学术界和工程界进一步研究与探索谐波治理领域。
2. 谐波治理的基本方法和措施2.1 谐波治理概述谐波是指电力系统中频率为基波频率整数倍的非线性电流或电压成分。
过多的谐波对电力设备和系统会造成损坏，因此需要采取一系列方法来进行谐波治理。
本节将介绍谐波治理的基本方法和措施。
2.2 方法一：滤波器应用滤波器是最常见也是最有效的谐波治理方法之一。
滤波器可以选择性地通过或阻挡特定频率的谐波成分，从而达到谐波抑制的效果。
常见的滤波器包括被动滤波器和主动滤波器。
被动滤波器是一种简单且经济实用的滤除谐波单元的方法。
它通常由电感、电容和电阻组成，并与系统并联或串联连接。
被动滤波器具有固定衰减特性，在设计时需要根据不同情况选择合适的参数。
主动滤波器则利用控制技术实现对特定频率的反相干扰信号，以达到抵消谐振效应的目标。
谐波注入串联三相桥式12脉波整流电路的研究
谐波注入串联三相桥式12脉波整流电路的研究袁发庭;秦实宏;姚湘陵【摘要】简要分析串联三相桥式12脉波整流电路的基本原理,针对谐波对电网的影响以及提高功率因素,采用谐波注入三相桥式12脉波整流电路,实现24脉波无源多电平整流.基于matlab/simlink建立谐波注入12脉波整流电路的仿真模型.实验结果表明,谐波注入法明显降低交流侧电流的谐波含量和输入电流总畸变率(THD),同时改善功率因素,大大降低了谐波对电网的干扰,提高了电能的利用率.%The paper analyzes principle of series three-phase bridge 12 pulse rectifier circuit briefly. According to the influence of harmonic wave to power grid and improvement of power factor, harmonic wave is injected into the three-phase bridge 12 pulse rectifier circuit so that we realize twenty-four pukse passive multilevel rectifier- Besides, we build the model of twelve pulse rectification circuit with harmonic injection by matlab/simlink. The experimental result indicate that harmonic wave injection method can reduce harmonic content of AC side and total harmonic distortion (THD), it is not only cut out interruption of harmonic wave with power grid, but also enhance the energy utilization.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)002【总页数】5页(P100-103,107)【关键词】谐波注入;12脉波整流;THD;功率因素【作者】袁发庭;秦实宏;姚湘陵【作者单位】武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430205;武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430205;武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430205【正文语种】中文【中图分类】TM461.5环境保护和可持续发展是当今世界的热点问题，同样与人类生活密切相关的电力系统也是一种“环境”，也面临着污染。
配电系统的谐波治理方案
配电系统的谐波治理方案配电系统的谐波治理方案随着现代电子设备的广泛应用，谐波问题在配电系统中变得越来越突出。
谐波是指频率是原电源频率的整数倍的电流或电压成分。
谐波会引起各种问题，如电网设备的过载、损坏和功率因数下降等。
因此，为了确保配电系统的正常运行，谐波治理显得尤为重要。
谐波治理方案的核心目标是减少谐波的发生和传播。
下面，我将介绍几种常用的谐波治理方案。
第一种方案是使用谐波滤波器。
谐波滤波器是一种能够从电网中消除谐波的设备。
它通过选择性地吸收或衰减特定频率的谐波，从而将谐波限制在可接受的范围内。
谐波滤波器通常由电容器、电感器和电阻器组成，可以根据谐波频率的不同来选择不同的滤波器。
第二种方案是使用谐波抑制器。
谐波抑制器是一种能够主动抑制谐波的设备。
它通过产生与谐波相位相反的电流或电压来抵消谐波。
谐波抑制器通常由晶闸管组成，可以根据谐波的类型和频率进行调节和控制。
第三种方案是通过改变设备的结构和设计来减少谐波的产生和传播。
例如，在配电变压器的设计中添加谐波抑制装置，可以有效地降低谐波的水平。
此外，还可以采用各种特殊的变压器和电容器等设备来减少谐波。
第四种方案是通过提高配电系统的功率因数来减少谐波。
功率因数是指有功功率与视在功率之比。
当功率因数接近于1时，谐波的水平通常较低。
因此，通过使用功率因数校正装置来提高功率因数，可以有效地降低谐波的水平。
综上所述，谐波治理是保证配电系统正常运行的重要环节。
通过使用谐波滤波器、谐波抑制器、改变设备结构和提高功率因数等方案，可以减少谐波的发生和传播。
这些方案的选择和应用应根据具体的配电系统需求和实际情况来确定。
通过有效的谐波治理方案，我们可以提高配电系统的可靠性和稳定性，确保电力供应的质量和效率。
谐波的产生原因和治理方式
谐波的产生原因和治理方式第一篇：谐波的产生原因和治理方式谐波的产生原因和治理方式供电系统中的谐波在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。
过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。
近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。
所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。
1 谐波的产生在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。
在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。
任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。
谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。
因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。
2 产生谐波的设备类型所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。
(1)开关模式电源(SMPS)：大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。
它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。
这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。
此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。
(2)电子荧光灯镇流器：电子荧光灯镇流器近年被大量采用。
它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。
谐波谐振的危害及防治措施
谐波谐振的危害及防治措施第一篇：谐波谐振的危害及防治措施谐波谐振的危害及防治措施在电网运行中，不可避免地会产生谐波与谐振，二者既有联系，更有区别，以下就其定义、产生原因、危害及预防措施作以介绍，供参考。
1、定义谐波是一个周期的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，又称高次谐波。
通俗地说，基波频率是50HZ，那末谐波就是频率为100HZ、150HZ、200HZ...N*50HZ的正弦波。
谐振是交流电路的一种特定工作状况，在由电阻、电感和电容组成的电路中，当电压相量与电流相量同相时，就称这一电路发生了谐振。
谐波在电网中长期存在，而谐振仅是电网某一范围内的一种异常状态。
2、产生原因谐波的产生是由于电网中存在着非线性负荷（谐波源），如电力变压器和电抗器、可控硅整流设备、电弧炉、旋转电机、家用电器等，另外，当系统中发生谐振时，也要产生谐波。
谐振的发生是由于电力系统中存在电感和电容等储能元件，在某些情况下，如电压互感器铁磁饱和、非全相拉合闸、输电线路一相断线并一端接地等，在部分电路中形成谐振。
谐波也可产生谐振，由谐波源和系统中的某一设备或某几台设备可能构成某次谐波的谐振电路。
3、危害及防治措施由于谐波的存在，使得电压、电流的波形发生畸变，可导致变压器、旋转电机等电气设备的损耗增大；电容器绝缘老化加快，使用寿命缩短；引起系统内继电保护和自动装置误动或拒动；干扰通讯信号等危害。
当电网中谐波含量超出国家规定，就必须采取措施消除或抑制谐波，电力系统多采用滤波器装置来消除谐波。
谐振可导致系统一定范围内的过电压和过电流。
谐振过电压不仅危害设备的绝缘，而且产生大的零序电压分量，出现虚假接地和不正确的接地指示，并使小容量的异步电机发生反转。
持续的过电流会引起PT熔件熔断甚至烧毁PT。
在发生谐振时，运行人员应根据电压、电流的异常指示，判断谐振类型及可能产生的原因，并果断采取措施，防止事故扩大。
第二篇：变频器的谐波危害及其治理措施变频器的谐波危害及其治理措施变频器谐波危害治理引言在工业调速传动领域中，与传统的机械调速相比，使用变频器调速有诸多优点，故其应用非常广泛，但由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。
采用谐波电流注入法以减小储能电容容值
一个“黑盒子” ，如图1所示，其中CB为储能电容。 2.1 PF=1 时 令输入电压为： vin ( t ) = Vm sin ωt (1)
其中Vm为输入交流电压幅值，ω=2π/Tline，Tline是输入 交流电压周期。 假设输入功率因数为1，那么输入电流可表示为： iin ( t ) = I m sin ωt 其中Im为输入电流幅值。 由式(1)和(2)可得瞬时输入功率为 pin (t ) = vin ( t ) iin ( t ) = Vm I m (1 − cos 2ωt ) 2 (3) (2)
*
2 ∫0 Po − pin _1+ 3 ( t ) dt
tc
∆E
(13)
将式（11）代入式（13）可得：
图4 pin=Po时，输入电流中前21次谐波的分布图
∆E =
*
* 2 ∫0 1 − pin _1+ 3 ( t ) dt tc
pin1
Po t
∆E Po
pin2 0 pin4 0 pin6 0 pin8 0 Tline Tline3TlineTline 8 4 8 2 Tline
准中加入三次谐波信号，而三次谐波信号的获取需要 从基波信号得来。 根据三角函数关系可知： sin 3ωt = 3sin ωt − 4sin 3 ωt 那么有
* * * sin ωt + I 3 sin 3ωt = (1 + 3I 3 ) sin ωt − 4 I 3 sin 3 ωt
(15) 因此： (16)
图8
模拟乘法器电路图
v x v y vz v p ⋅ = ⋅ R1 R2 R3 R4 当R1= R2= R3= R4时，vp为：
(22)
当 I3*=48.4%时，由式(15)可得： sin ωt + 48.4% sin 3ωt = 2.45sin ωt − 1.94sin ωt
三相功率因数(PFC)技术的综述
M
sin(t) 3sin(t)
0 t
6
ia, avg
V 0D2 2Lfs
M
M sin(t) 3 sin(2t 2 )
2
3
3sin(t
2
3
)
M
3
sin(t
6
)
ia, avg
V 0D2 2Lfs
M
M sin(t) 3 sin(2t )
3
3sin(t
2
3
)
M
3
sin(t
S
D4
D5 D6
Co Load
电压补偿
PWM
器
六次谐波 发生器
乘法器
调制比m
谐波注入法主电路 及其控制框图
16
谐波注入法原理
输入电流谐波中五次谐 波占主导地位，电感电 流的平均值表达式中略 去5次以上谐波时，三
相电流可近似为
★ 6次谐波注入使开关导通比变为： d(t)=D[1+msin(6ωt+3π/2)] m为
M＝3.5 M＝3 M＝2.5
优点：
★ 由于开关频率改变，从频谱 上看谐波不会集中分布在开关 频率附近，而是分布在某个频 率区域范围内。这就减小了谐 波的幅值，PFC电路前的EMI 滤波器可以设计得比较小。
M＝2
21
两组电路尽可能工作在接 近DCM与CCM临界情况， 两只开关的驱动信号在相
位上相错开180o。
软开关辅 助电路
D1 D2 D3
Ds Lr
S
Cr
Co
Dr
D4
D5
D6
M
Load
工作原理：
★ 在主开关S导通期间，Cr通 过Lr，S，M内部的二极管放电 ，使Cr电压为上负下正。在开 关关断前一段时间，辅助开关M 先导通，Cr与Lr 谐振，将Cr上 充好的电能放出。谐振电流经过 主开关管的方向与原来主开关管 电流方向相反，抵消了主开关管 的电流，实现主开关管的零电流 关断。
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如何使用谐波注入法降低PFC 谐波并改善THD（第1
部分）
作为德州仪器(TI) 高性能隔离式电源团队的一名工程师，我主要与通常需要高性能电源的服务器及电信公司合作。
开发高端功率因数校正(PFC) 设计，不仅需要在特定负载下使总谐波失真(THD) 低于一定百分比，而且还需要每个谐波都不超过IEC 61000-3-2 合规性标准中规定的特定限值。
在这篇
共分两部分的博客中，我将介绍用于降低PFC 谐波和改善THD 的谐波注入法。
表1，IEC 61000-3-2 谐波限值
闭环调谐通常是一种降低谐波失真、改善THD 的有效方法。
不过，我看到过有PFC 设计通过了THD 测试，但无论工程师如何努力调谐控制环路，也无法通过单个谐波失真测试。
传统闭环调谐在这种情况下帮助不大。
因此需要使用新的方法来应对单个谐波。
我看到过工程师通过在单开关三相位整流器设计中注入三阶电流信号来降低THD。
这使我想到了一种抑制(补偿)高幅值谐波的类似方法。
这种方法应该很容易使用，不仅不涉及额外的硬件成本，而且还非常灵活，可抑制任何阶数的谐波。
在TI UCD3138 等数字电源控制器的帮助下，我开发出了一种简单的谐
波注入法，其可有效抑制(补偿)任意阶数的谐波。
因此，可降低特定阶数的谐波幅值、改善THD。
基本原理是生成一个特定阶数的正弦信号，并将该信号注入PFC 电流控制环路。
正弦信号的幅值可根据负载和输入电压等工作条件进行动态调整，从而可最大限度地提高抑制效果。