交流电源系统中的电流谐波产生原因及危害分析课件

1、交流电源系统中的电流谐波产生原因及危害分析2012/4/191 概述 电流谐波产生原因 电流谐波危害分析 电流谐波抑制技术2012/4/192概述 随着电力系统的发展以及电力市场的开放，电能质量问题越来越引起广泛关注。由于各种非线性负载(谐波源)应用普及，产生的谐波对电网的污染日益严重。因此，谐波及其抑制技术己成为国内外广泛关注的课题。2012/4/193电流谐波电流谐波(Harmonic Current)：将非正弦周期性电流函数按傅立叶级数展开时，其频率为原周期电流频率整数倍的各正弦分量的统称。频率等于原周期电流频率k倍的谐波电流称为k次谐波电流。总谐波畸变率(Total Harmonic

2、Distortion, THD):全部谐波含量均方根值与基波均方根值之比，以百分数表示。2012/4/194电流谐波产生原因电源本身质量不高产生的谐波 发电机是产生电能的装置，由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到均匀一致和其他一些原因，致使电源多少会产生一些谐波输配电系统产生的谐波 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，使得磁化电流呈尖顶波形，含有奇次谐波。其大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。2012/4/195线性与非线性负载 非线性负载（Non-linear load): 负载阻抗参数（Z）不总为恒定常数，随诸如电压或者时间等

3、其他参数而变化的那种负载。 线性负载（Linear load): 当施加可变正弦电压时，其负载阻抗参数恒定的那种负载。2012/4/197非线性负载开关电源等中的整流设备 整流设备，尤其是带感性负载的整流设备所带来的谐波污染严重困扰电力系统的正常运行变频设备 变频器的输入电流呈尖峰状，谐波成分负载，不仅含有整数次谐波，还含有分数次谐波电弧炉、电石炉 电炉的三相电机很难同时接触到高低不平的炉料，导致三相负载不平衡，产生谐波电流，主要是2-7次谐波家用电器2012/4/198单相桥式全控整流电路输入电压Uac和输入电流Iac波形2012/4/1910单相桥式全控整流电路输入电流Iac波形频谱分析（

4、FFT）2012/4/1911谐波电流的危害对供配电线路的危害影响线路的稳定的运行 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。这些继电保护装置容易受谐波影响，产生误动或拒动，严重威胁供配电系统的稳定与安全运行影响电网的质量 电力系统中的谐波能使电网电压的波形发生畸变。另外，相同频率的谐波电压和谐波电流要产生同次频率的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。2012/4/1912谐波电流的危害对用电设备的危害对电动机的危害 谐波对于异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重

5、时使电动机过热。另外，电动机的谐波电流频率接近某零件的固定频率时，会使电动机产生机械振动。对低压开关设备的危害 谐波会使配电用断路器和漏电断路器产生误动作 。对弱电系统设备的干扰 对于计算机网络、通信、有线电视、防报警与楼宇自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰2012/4/1914谐波电流的危害对人体和电力测量准确性的影响 目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型，它们受谐波的影响较大。特别是电能表(多采用感应型)，当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。 从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动

6、或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。2012/4/1915电流谐波抑制技术主动型谐波抑制技术 对接入电网的设备本身进行改进，限制其产生的谐波含量或者不产生谐波。小功率电力装置：功率因数校正（Power Factor Correct, PFC) 电路；大功率电力装置：多绕组变压器的多脉冲整流或将多脉冲整流与移相结合的准多脉冲整流。 缺点：成本高, 效率低。同时在采用脉宽调制技术的电力电子系统中，还会产生高次谐波，需要抑制高次谐波。2012/4/1917电流谐波抑制技术被动型谐波抑制技术 通过外加设备达到谐波抑制的目的，即装设无源电力滤波器（P

7、ower Filter, PF)、有源电力滤波器（Active Power Filter, APF）或混合型电力滤波器进行滤波。2012/4/1918无源电力滤波器 无源电力滤波器是传统的补偿无功和抑制谐波的主要段，是一种用并联滤波器滤除谐波的典型电路结构，通常是根据所要实现的功能由电力电容器、电抗器和电阻组合而成。优点：结构简单维护方便，造价低对特殊次谐波吸收效果明显设计和制造经验成熟可以改善功率因数缺点：只能抑制规定次谐波滤波特性受系统参数影响大可能与系统发生谐振装置体积大，损耗大滤波要求和无功补偿、调压 要求有时难以协调2012/4/1919有源电力滤波器 有源电力滤波器是一种能够弥补无

8、源滤波器不足的一种新型谐波抑制设备，是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小变化的谐波以及变化的无功进行补偿。它的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。2012/4/1920有源电力滤波器1）实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应。2）可同时对谐波和无功功率进行补偿，补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要储能元件容量也不大，且补偿无功功率的大小可做到连续调节。3）受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振。4）能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。5）既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿。2012/4/1921有源电力滤波器有源电力滤波器系统基本