LED照明对电网谐波影响分析

1、LED照明对电网谐波影响分析摘 要：随着非线性照明设备的广泛使用， 其对 供电网络所造成的影响越来越大，尤其是设备在工作 过程中所产生的谐波对供电网络所造成的影响不可忽 视。因此，为了确保供电网络的稳定运行，就要对供 电设备所产生的谐波采取有效的措施，进而为供电网 络的平稳运行提供可靠的保障。本文对 LED的原理及 其灯具产生谐波的原因进行了比较深入的分析研究， 在此基础上，提出了具有一定针对性的解决措施，能 够在一定程度上改善谐波所造成的影响，对于从事相 关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。关键词：LED照明；电网谐波1 前言由于LED具有能耗低、环保、寿命长以及体积小 等诸多优点，因此，其

2、被广泛的应用于各个领域之中， 逐渐取代了荧光灯和高压钠灯， 大大改善了光照质量， 提高了人们工作和生活的光环境质量。但是随着 LED 灯具的广泛推广，其自身在工作过程所带来的问题也 逐渐凸显，影响着电网的稳定运行，尤其是对电网系 统所造成的谐波影响更是不容小觑，给电网的稳定运 行埋下了不小的安全隐患。因此，为了确保电网能够 始终处于良好的工作状态之中，就要对 LED照明过程 中所产生的谐波采取有效的控制措施，确保其在合理 的范围内，进而避免对电网造成不利影响，从而确保 电网能够安全平稳的进行工作。2 LED的原理及其灯具产生谐波的原因2.1 LED的 原理LED的全称是发光二极管，本质上属于一

3、种半导 体二极管，主要是由P型半导体、N型半导体以及PN 结三部分构成，其也具有半导体的单向导电性。当对 PN结施加一定的外加正向电压后，电压所形成的外电 场与内电场就会相互抵消，P区的空穴和N区的电子 就会在电场的作用下形成具有一定规律的扩散电流， 处于高能状态中的电子在与空穴复合的过程中，会将 过多的能量通过光能的形式进行有效释放，进而将电 能有效的转化为光能。由于二极管具有伏安特性和非 线性特征，在LED工作的过程中，随着正向电压的逐 渐增加，当其超过导通压降时，较小的电压变化就会 导致电流发生巨大变化，进而给电网的稳定性带来不 利的影响。2.2 LED灯具产生谐波的原因LED灯具在工作

4、过程中产生谐波的原因主要有驱 动器和负载LED灯串，对于前者来说，驱动器具有整 流和滤波的功能，进而确保LED灯具能够进行稳定的 照明。LED灯具在工作过程中所输入和输出的波形图 具有自身的特点，只有当LED驱动器电路中的输入电 压处于峰值附近时，整流二极管才能被有效的导通。 由于其导通角相对较小，在导通的过程中会导致输入 的电流呈现尖状脉冲，即LED中输入的电流发生一定 程度的畸变。负载LED灯串是按照一定结构形式所构成的 LED 灯组，在其工作过程中，由于单个 LED的正向导通压 降一般在23V之间，在直流电压的建立过程中，当 两个LED电压处于02V或03V之间时，此时，LED 处于截止

5、状态，其中的电流为零。正是由于 LED灯具 具有这种非线性的特征，导致其在工作过程中的输入 电流会发生一定的畸变，进而导致谐波失真超标的发 生。3 LED灯具谐波的解决措施3.1 分散治理（1）驱动电源改进措施对于LED驱动电源的改进措施主要有 PPFC和 APFC两种不同的形式，其电路的结构形式有所不同， 在实际的应用过程中，要充分考虑其工作环境要求， 选择适宜的结构形式，进而确保 LED灯具能够进行正 常的工作。这两种电路的不同连接形式其消除谐波的 能力不尽相同，其中前者的电路形式比较简洁，整个 电路结构中的设备相对较少，因此，电路所耗费的成 本相对较低，谐波含量较小；后者电路的结构形式比

6、 较复杂，在电路结构中要用到大量的电子设备， 因此， 所花费的成本相对较高， 谐波含量低，效果比较理想。 因此，在实际的处理过程中，要结合实际情况进行有 针对性的选择。(2) 负载LED灯改进措施为了有效改善LED负载，在电路中不存在电流的 时候，需要通过采取有效的人为干预措施，以此来为 电路中增加适当的电流。在实际的操作过程中，通过 在LED灯具上并联某一适当的电容或电阻，进而为负 载增加一条有效的通路，为电路的稳定运行提供了可 靠地保障。但是该种改进措施也会导致 LED灯具在工 作过程中的总功率增加，进而导致电能损耗增加，造 成电能的浪费。3.2 集中治理对于大规模采用小功率电源模块的 L

7、ED灯具来说, 对所有驱动回路进行改善的成本较高， 经济上不合理， 而且对电源模块也无法进行完全的补偿，因此，需要 通过采取集中治理的方式进行改善。当前的集中治理方案可以分为无源滤波和有源滤波两种不同的方式， 这两种不同的方式各有优点，其对比如下：（1）价格成本上， 无源滤波器技术经过了较长时 间的发展，其整体技术已经日趋完善，并且具有比较 广泛的适应性，能够应用于多个不同的领域，并且其 在工作过程中抵抗外界的影响能力较强，能够长期处 于稳定的状态中，也就无需进行后期的维修，因此， 其整体成本相对较低， 而有源滤波器的技术尚不成熟， 后期需要进行一定的维护工作， 导致其成本相对较高；（2）无源

8、滤波器在工作过程中是将电抗器与电容 器进行有机结合，通过两者进行配合，进而将谐波予 以吸收，以此来消除谐波对电网所造成的不利影响， 避免电网收到谐波的不良影响。有源滤波器则通过对 谐波次数进行系统全面的检测，并根据检测数据进行 科学合理的分析研究，进而制定出有针对性的改善措 施，进而对其进行抵消处理，将谐波量控制在合理的 范围内，确保整个电路能够进行平稳的运行。（3）有源滤波器主要用于处理小电流， 而无源滤 波器可以用于大电流。因此，在实际的选择过程中， 要结合电网工作过程中的电流大小，选择经济合理的 适宜滤波器。3.3 LED照明配电的具体实施（1）在规模较大的新建厂区， 在照明系统中通过

9、采用功率较小的电源变压器为整个系统进行供电，同 时在低压侧采用进行联结，进而能够将线路中存在 的 3 次谐波成分进行有效的消除，为电路的稳定运行 提供了可靠地保障。（2）在进行改造的电网单元中， 需要增设相应的 设备，以此来消除谐波所造成的影响。通过在照明干 线上增设小容量的滤波装置，进而能够有效的消除线 路中的谐波，将整个电网中的谐波含量限制在一定范 围内，从而避免谐波对其他用电设备造成干扰。（3）对于已在驱动电路上增加消谐设备的照明灯 具，由于消谐设备已经能够对谐波进行合理的消除， 整个电网中的谐波含量相对较低。由于谐波对电网所 造成的影响可以忽略不计，因此，可不再另外增加滤 波器。4 结语总而言之，随着电网中所使用的 LED照明设备数 量逐渐增多，其对电网所造成的谐波影响也越来越大， 为了确保电网的安全平稳运行，就需要深入分析 LED 照明对电网谐波所造成的影响，再根据分析结果采取 有效的改善措施，降低其对电网所造成的不利影响， 进而确保电网能够始终处于良好的工作状态。参考文献：1 张劲.LED灯具谐波发射特性研究D.合肥：安徽大?W,2017.2 徐骏.电压间谐波对LED光源闪变效应的实 验研究D.重庆：重庆大学，2015.3 卢惠辉 . 电