交流电源系统中的电流谐波产生原因及危害分析

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(HarmonicCurrent)：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(TotalHarmonicDistortion,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电流谐波产生原因具有非线性特性的电气设备当正弦电压加在非线性负载两端时，流经非线性负载的电流波形不为正弦波，产生了大量的谐波。非线性负载是导致交流电源系统中产生电流谐波的主要原因！2012/4/196线性与非线性负载

非线性负载（Non-linearload):负载阻抗参数（Z）不总为恒定常数，随诸如电压或者时间等其他参数而变化的那种负载。

线性负载（Linearload):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电阻性负载导通角α=30°2012/4/199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（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谐波电流的危害对电力设备的危害对电力电容器的危害当电网存在谐波时，补偿电容和电感有可能发生谐振，其回路中产生的过电压或过电流将远远大于供电电压或电流，使电容器出现过电流与过负荷，温度增高，寿命减少。在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。对电力变压器的危害谐波会使变压器的铜损和铁损增加，变压器的实际容量减少。同时，谐波还会使变压器噪声增大。对电力电缆的危害谐波次数升高，频率上升，电缆导体集肤效应明显，导致导体的交流电阻增大，使电缆的允许通过电流减小。2012/4/1913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电流谐波抑制标准Thepermissionofharmoniccurrentincommonconnection2012/4/1916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（PowerFactorCorrect,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