整流电路的谐波分析
谐波判定方法及实例
谐波判定方法及实例（宝钛集团有限公司 721013）近年来，我集团供电设备经常出现异常声音，并且，整个供电网中的PT、电抗器，以及部分绝缘设备发生多次烧毁现象，综合保护装置多次出现器件烧毁现象，个别区域或者线路的线损出现异常状况，由于设备在损坏或异常之前的周期性预防试验结果均合格，设备的巡视，以及周期维护、清扫非常严格，且可完全排除人为损坏，故以上多项事故并未找到具体事故原因，对我集团的负载性质进行了全面掌握后，初步判断为谐波引起的累计效应。
1 原因分析初步断定这些设备的损坏、装置及计量的异常等问题与谐波累积后果是密不可分的，故从我公司一区 35kV 变电站着手进行分析，此变电站35kV 单母分段，2 台 35/6kV 主变（3#、4#），2 台主变低压6kV侧单母分段，6kV主要负载为电弧型电炉及整流变压器，运行时会产生无功缺失的情况，同时伴随着大量的谐波。
测试分析过程如下：2 数据测试测试对象：一区35kV变电站 3#、4#主变低压 6kV 侧母线进线处测试仪器：Fluke 435II 电能质量测试仪；采样间隔：5 秒电压采样信号：6kV PT 二次侧电流采样信号：3#、4#主变 6kV 侧CT 二次侧测试工况：测试时，两台主变并未满载运行，后期运行负载量未知，此次方案以测量数据为基础进行设计。
测试时间：3#、4#主变 6kV 测量点测量 24 小时（由为了数据分析的准确性，分析数据应该选择整流变连续生产且负荷较大的时间段）3 数据分析3.1 一次系统数据? 考核点最小短路容量：89MVA（根据上端变电站数据进行核算，110 站主变单台25MVA，高-低阻抗 10.22%，经 5.8kM 架空线至 35kV 变电站，架空线型：LGJ-240），负载以小型电弧炉、整流变压器为主，经测量分析整流变主要为 6 脉波变压器。
3.2 谐波允许值（1）谐波电压限值根据中华人民共和国国家标准《电能质量－公用电网谐波》，公用电网谐波电压（相电压）限值规定，考核点的谐波电压应小于表1所列出的数值。
谐波的产生、危害及治理方法
谐波的产生、危害及治理方法汕头市众业达电气股份有限公司黄宏龙摘耍：本文阐述了电力谐波是如何产生的，主要的谐波源有哪些，谐波对供电设备，供电线路，用电设备造成的危害。
介绍了谐波治理的方法以及无源滤波、有源滤波、混合型滤波各自的特点。
阐述谐波治理的重要性。
关键词：谐波，谐波危害，谐波治理，有源滤波，无源滤波引言：电力系统的谐波问题近几年来在世界范围内得到了广泛的关注。
国际电工委员会（IEC），国际大电网会议（CIGRE），国际供电会议（CIRED）及美国电气和电子工程师学会（IEEE）等国际性学术组织，都相继成立了专门的电力系统谐波工作组，并制定了限制电力系统谐波的相关标准。
随着电子技术的发展，大功率可控硅SCR、门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET、电力晶体管GTR、IGBT等技术的发展和广泛应用，大量非线性负荷的增加，使得电力系统波形严重畸变，这便是谐波。
谐波最早发现在20世纪20年代，50年代以来，非线性负载引起的谐波问题日益受到关注。
近年来谐波所造成的危害日趋严重，对发、输、供、用电设备都造成严重影响，导致设备运行故障、维修工作量增加及增耗电费，甚至引发火灾事故等。
1、谐波1)、谐波的定义谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了基波频率的电量，其余大于基波频率的电流产生的电量，称为谐波。
谐波次数是谐波频率与基波频率（n=fn/f1）的比值。
通俗的将分解后的谐波称为n次谐波，此处的n即是谐波次数。
一般指从2次到50次范围，如5次谐波电压（电流）的频率是250赫兹，7次谐波电压（电流）的频率是350赫兹；超过13次的谐波称高次谐波。
谐波是由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波，主要非线性负载有UPS、通信电源/开关电源、整流器、变频器、感应电炉、电子计算机、充电器。
2、产生谐波的谐波源1)、发电机由于发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁芯也很难做到绝对均匀一致及其他一些原因，发电机多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
21.供电系统中的谐波概述详解
供电系统中的谐波概述详解概述来源“谐波”一词起源于声学。
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。
当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
定义谐波 (harmonic wave)，从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。
从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。
正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。
谐波产生的原因主要有：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。
主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。
泛音是物理学上的谐波，但次数的定义稍许有些不同，基波频率2倍的音频称之为一次泛音，基波频率3倍的音频称之为二次泛音，以此类推。
傅里叶级数法国数学家傅里叶在1807年就写成关于热传导的基本论文《热的传播》，向巴黎科学院呈交，但经拉格朗日、拉普拉斯和勒让德审阅后被科学院拒绝，1811年又提交了经修改的论文，该文获科学院大奖，却未正式发表。
傅里叶在论文中推导出著名的热传导方程，并在求解该方程时发现解函数可以由三角函数构成的级数形式表示，从而提出任一函数都可以展成三角函数的无穷级数。
傅立叶级数（即三角级数）、傅立叶分析等理论均由此创始。
1822年，傅里叶出版了专著《热的解析理论》（Theorieanalytique de la Chaleur ，Didot ，Paris，1822）。
这部经典著作将欧拉、伯努利等人在一些特殊情形下应用的三角级数方法发展成内容丰富的一般理论，三角级数后来就以傅立叶的名字命名。
三相桥式整流电路中谐波电流的计算新方法
三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法李槐树李朗如摘要提出了⼀种实⽤的新⽅法来计算三相桥式整流器所产⽣的谐波电流。
本⽅法考虑了交流侧电抗及电⽹中存在的谐波电压，导出了交直流两侧谐波电流的计算公式。
计算与实测结果表明，本⽅法准确实⽤。
关键词：三相桥式整流器波形畸变谐波电流谐波电压计算A New Method to Calculate Harmonic Currents in A Three-PhaseBridge RectifierLi Huaishu Li Langru(Huazhong University of Science and Technology 430074 China)Abstract This paper presents a new method to calculate the harmonic currents on both DC and AC sides in a three-phase bridge rectifier operating under pre-existing voltage distortion.The proposed method,which takes into account the AC side reactances and harmonic voltages already existing in AC network,gives out the calculating equations of DC and AC sides harmonic currents.Some practical rectifier circuits are calculated and carefully tested.The calculated results show that the proposed method is more accurate and more practical.Keywords:Three-phase bridge rectifier Voltage distortion Harmonic current Harmonic voltage Calculation1 引⾔电⼒系统中三相桥式整流器的使⽤极为⼴泛，由此引起的谐波电流也成了⼈们⽇益关注的问题。
电网谐波分析解析
5
Rms（均方根）值
? 非正弦周期信号的rms值是：
rms value (值 ) ? H 12 ? H 2 2 ? ... ? Hn 2
H1=基波分量 H2，…， Hn＝谐波分量 缩写词 rms 代表均方根。
? 例： 计算由单相负载（例如个人电脑）引导的 rms 电流： I fund. = 56.2A; Ih3 = 27.2A; Ih5 = 2.7A; Ih7 = 9.2A;
Ih9 = 7.8A.
I rms ? 56 .2 2 ? 27 .2 2 ? 2.7 2 ? 9.2 2 ? 7.8 2
Presented by : Christ CHUNG
6
谐波畸变
? 总谐波畸变（THD）：
谐波的rms值与基波的rms值的比率（CIGRE定义）
THD
% = 100 x
H 2 2 + H 3 2 + ... + Hn 2
Presented by : Christ CHUNG
8
变速传动装置 ? 3相负载 ? 产生5，7，11，13的高谐波电流 ? 电流是不稳定的
? 谐波电流是
S=23KVA THDI=124% 2.5 12 .5001.5 -0.5 --11.5 -2 -2.5
Presented by : Christ CHUNG
y (t)
1.5
1
0.5
=
0
-0.5
-1
-1.5
h1 (t)
1.5 1 0.5 +0 -0.5 -1 -1.5
h3 (t)
? 谐波是由非线性负载产生
Presented by : Christ CHUNG
3
谐波治理与节能降耗-图文
主要内容
• 谐波的产生及危害 • 谐波的治理措施 • 谐波治理与节能降耗
谐波产生的原因
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。 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0.5%。
节能效 果
扩容性
不能，有时增 加谐波 不变，甚至增 强
静态
不能，有时增 加谐波 不变，甚至增 强
静态
能，部分低次 谐波 降低，但是任 然较高
静态
能，多次谐波 <8%(<5%) 动态
能，多次谐波 <8%(<5%) 动态
能，多次 谐波 <8%(<5%)
动态
可能
可能
可能
不可能
不可能
不可能
小
小
中
高
高
高
好
好
不好
不好
非常好
非常好
造价 Hale Waihona Puke 低较低中高
高
高
谐波治理与节能降耗
谐波造成的电能损耗： 谐波网损的计算方法有两种，一种是采用谐波畸变率的谐
波 网损计算方法，另一种方法是采用等值电阻法计算谐波网
损 。 采用谐波畸变率的谐波网损计算方法：
谐波的产生原因与简介
谐波的产⽣原因与简介 谐波是⼀个数学或物理学概念，是指周期函数或周期性的波形中能⽤常数、与原函数的最⼩正周期相同的正弦函数和余弦函数的线性组合表达的部分。
下⾯就让店铺来给你科普⼀下什么是谐波。
谐波的定义 谐波(harmonic wave)，从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，⼀般是指对周期性的⾮正弦电量进⾏傅⾥叶级数分解，其余⼤于基波频率的电流产⽣的电量。
从⼴义上讲，由于交流电⽹有效分量为⼯频单⼀频率，因此任何与⼯频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。
正是因为⼴义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。
谐波产⽣的原因主要有：由于正弦电压加压于⾮线性负载，基波电流发⽣畸变产⽣谐波。
主要⾮线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。
泛⾳是物理学上的谐波，但次数的定义稍许有些不同，基波频率2倍的⾳频称之为⼀次泛⾳，基波频率3倍的⾳频称之为⼆次泛⾳，以此类推。
谐波的产⽣原因 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(如：电阻)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。
⽤傅⽴叶分析原理，能够把⾮正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。
在电⼒系统中，谐波产⽣的根本原因是由于⾮线性负载所致。
当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成⾮正弦电流，即电路中有谐波产⽣。
由于半导体晶闸管的开关操作和⼆极管、半导体晶闸管的⾮线性特性，电⼒系统的某些设备如功率转换器会呈现⽐较⼤的背离正弦曲线波形。
谐波电流的产⽣是与功率转换器的脉冲数相关的。
6脉冲设备仅有5、7、11、13、17、19 …。
n倍于电⽹频率。
功率变换器的脉冲数越⾼，最低次的谐波分量的频率的次数就越⾼。
其他功率消耗装置，例如荧光灯的电⼦控制调节器产⽣⼤强度的3 次谐波( 150 赫兹)。
在供电⽹络阻抗( 电阻) 下这样的⾮正弦曲线电流导致⼀个⾮正弦曲线的电压降。
供电系统中的谐波
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。
使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。
(3)直流调速传动装置：直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整流电路，它也称作六脉冲桥式整流电路，因为在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4.谐波标准
国家标准GB/T14549-1993
表1 国家标准GB/T14549-1993
电网标称 电网总谐波畸变 各次谐波电压含有率% 电压（kV） 率 奇次 偶次 % 0.38 5.0 4.0 2.0 6 10 35 3.0 2.0 2.1 1.6 1.2 0.8 4.0 3.2 1.6
66
110
2 2
I
n2
2 n
1 为电压与基波电流间的相位差
1.2无功的基本概念
三相电路的功率因数： 对称：
P S P S
不对称：没有统一定义
理论依据不充分
关于无功、功率因数的计算值得探讨
3.谐波的产生与危害
主要谐波源： 传统非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉等。 现代电力电子非线性设备 由于电力电子设备在各行业的大量应用，作为非线性设备 （谐波源）衍生物的电力谐波也比较普遍，根据日本电 气学会对186家有代表性的电力用户的调查结果，无谐 波源的用户仅占6％，主要谐波源来自90％的电力电子 装置用户，电力电子变换装置是目前主要的谐波源。
n 1
2 2U n sin[ n( t ) n ] 3 2 2U n sin[ n( t ) n ] 3
零序谐波 正序谐波 负序谐波
uc
n 1
n 3k n 3k 1 n 3k 1
1.谐波基本概念
不对称三相电路：
n 3k ,3k 1,3k 1
包含零序、正序、负序分量
2.无功的基本概念
1） 线性电路：
u 2U sin t
i 2 I sin( t ) 2 I cos sin t 2 I sin cos t i p iq
有功： P UI cos 无功： Q UI sin 视在：S UI
I sc / I L
11
4.0 7.0 10.0
11 h 17
17 h 23
23 h 35
35 h
THD 5.0 8.0 12.0
<20* 20<50 50<100
2.0 3.5 4.5
1.5 2.5 4.0
0.6 1.0 1.5
0.3 0.5 0.7
100<1000
电气和电子工程师协会标准（IEEE标准519～1981） 定义谐波为：谐波为一个周期电气量的正弦波分量，其 频率为基波频率的整数倍。
1.谐波基本概念
谐波含有率
Un n 次谐波电压含有率 HRU n U 100% 1 In n 次谐波电流含有率 HRI n I 100 % 1
总畸变率THD（Total Harmonic Distortion):
>1000
12.015.0Fra bibliotek5.5
7.0
5.0
6.0
2.0
2.5
1.0
1.4
15.0
20.0
Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits above.
Current distortions that result in a dc offset, e.g., half-wave converters, are not allowed.
Q U n I n sin n
n1
Q2 Q2 D2 f Q f 同次谐波电压 谐波电流产生的无功
D 不同次谐波电压 谐波电流产生的无功
2.无功的基本概念
公用电网中，通常电压的波形畸变很小
u
2U sin t
P UI1 cos 1 Q f UI1 sin 1 D U
3.谐波的产生与危害 谐波的危害：
1、线路损耗增加，传输能力下降 2、引起谐振和谐波的放大 3、使电机和变压器损耗增加，引起电机机械 振动 4、对继电保护、通信系统产生干扰
3.谐波的产生与危害
项目：浙江移动公司 问题描述：浙江移动公司两台250kVA的UPS在运行中产生了大量的谐 波，和其它的非线性负载产生的谐波叠加，导致电压总畸变率达到 6.2%，不符合通信配电系统的要求。 治理措施：应用1套AccuSine/3L-100A进行谐波治理
k 1
U d U km sin(kt k )
k 1
Ud
直流分量 U km 交流分量幅值
1.谐波基本概念
国际电工（IEC: International Electrotechnical Commission）标准（IEC555-2,1982）定义谐波 为： 谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的 次分量。 h 谐波次数 定义为： 谐波频率和基波频率之比。
2.5整流电路的谐波与功率因数
1. 谐波基本概念
正弦电压，可表示为：
u (t ) 2U sin(t )
其中 U －电压有效值 －初相角
－角频率
1.谐波基本概念
非正弦电压，可表示为：
u (t ) A0 ( Akm cos kt Bkm sin kt )
2.无功的基本概念
2） 非线性电路：
P, S 定义与线性电路相同
P U d I d U n I n cos n
n1
S UI
U I
n 1 n n 1
n
U1 I1 1 THDu2 1 THDi2
2.无功的基本概念
Q 至今没有被广泛接受的权威定义
Q S 2 P2
THD u UH 100 % U1
（1-5）
UH
THD i
2 Uk
IH 100 % I1
谐波成分有效值
k 2
IH
k 2
2 Ik
1.谐波基本概念
对称三相电路：幅值相等，相位相差 120
ua 2U n sin( n t n )
n 1
ub
4.谐波标准
表2 低压电网谐波标准GB/T14549-1993
4.谐波标准
IEEE STD. 519-1992 表1-3IEEE STD. 519-1992
Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of . Individual Harmonic Order (Odd Harmonics)
4.谐波标准
国际的谐波标准：IEEE519,国际电工委员会（IEC)制 定的 IEC61000系列标准，欧洲电工标准化委员会批准的 EN等
技术指标：电压总谐波畸变率、各次电压含有率、谐 波电流的限制值、用户注入电网谐波电流的限制值。
在我国，1993 年发布了国家标准GB/T14549-93 主要内容有：不同谐波源的谐波叠加计算、0.38～110kV 各级电网电压总谐波畸变率限制、用户注入电网谐波电 流允许值等。
*All
power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless of actual .
Where = maximum short-circuit current at PCC. = maximum demand load current (fundamental frequency component) at PCC.