电网谐波课件

电网谐波电网谐波谐波源，非线性及线性负载谐波次数及频谱RMS（均方根）值谐波畸变谐波源设备谐波源例子谐波效应谐波对电容器的影响解决方案等效电路任何频率“f”的周期信号，无论它的波形是什么，都可以作为以下的总和被表现：频率f的正弦分量，被称为基波（h1）有频率的正弦分量（即基波的全倍数）被称为谐波（hn）.dc(直流)分量（如果可用）。例：

谐波是由非线性负载产生

-1.5-1-0.500.511.5

=

-1.5-1-0.500.511.5

+-1.5-1-0.500.511.5y(t)h1(t)h3(t)谐波源线性负载：如果一个负载引导的电流与电源电压有相同的波形，则它被称为是“线性的”。这样的电流没有谐波分量。这样的负载的例子：电热器中的电阻器，稳态条件下的电感负载（电动机，变压器等）非线性负载：如果一个负载引导的电流与电源电压没有相同的波形，则它被称为是“非线性的”。这样的电流有高谐波分量。谐波频谱取决于负载的类型。例如开关电源，整流电源，变压器UIUI线性及非线性负载谐波的次数及频谱次数：谐波次数定义为谐波频率等于基波频率的倍数。例：对于50Hz的基波，第5次谐波的频率是5x50=250Hz。

频谱：

信号的频谱是作为不同的谐波各自频率的功能显示它们的振幅的图。

作为基波的％的谐波频谱050100非正弦周期信号的rms值是：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：

Ifund.=56.2A;Ih3=27.2A;Ih5=2.7A;Ih7=9.2A;Ih9=7.8A.Rms（均方根）值总谐波畸变（THD）：谐波的rms值与基波的rms值的比率（CIGRE定义）THDHHHnH%...=x+++100231222单个谐波百分比：这是“n”谐波的rms值与基波的rms值的比率HnHHDn%=1x100谐波畸变nn谐波源设备变速传动装置晶闸管控制设备固定式换流器（UPS不间断电源）电弧炉电焊机大建筑物中的照明饱和电抗器（变压器）-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5图（无电抗器）Ce1e2e3MiIIs3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=23KVATHDI=124%谐波频谱81%H5,74%H7,42%H11,...H11H13H17H19H21H23050100H1H5H7变速传动装置nnn020406080100H1H5H7H11H13H17H19S=122KVATHDI=30%谐波电流是图L1ZCL2L3e1e2e3iIIs

谐波频谱28%H5,5%H7,6%H11,...3相负载控制Gratz（格拉茨）桥产生5，7，11，13，…的谐波电流整流器/充电器nnn

谐波频谱

56%H3,9%H5,9%H7H11H13H15020406080100H1H3H5H7H9谐波电流是Is=341ATHDI=58%单相负载有高谐波含量的电流持续在20到50周期之间！电焊机nnH11020406080100H1H3H5H7H9谐波电流是

S=22KVATHDI=53%

谐波频谱51%H3,11%H5,8%H9...

图PhNFLIs

单相负载谐波的电容阻抗照明（荧光灯…）谐波效应短期效应长期效应生成器上的干扰负载上的干扰短期效应谐波电压可以影响电子系统中使用的控制器（晶体闸流管，plc（可编程逻辑控制器）等）导致电磁类仪表错误音频控制接收器（例如继电器）可以被电压谐波畸变干扰振动及噪声通信及控制电路上的干扰长期效应（热）电容器发热由如下引起：导电性电介质滞后由于机器及变压器中的额外损耗引起的发热定子及转子损耗由于趋肤效应而引起的额外变压器损耗电缆及设备的发热对电力设备的干扰变压器：有功损耗增加铁损耗增加（滞后）电压THD的增加旋转机器：定子损耗的增加铁损耗的增加（滞后）脉动的机械扭矩造成效率降低，振动及噪声电压THD的增加对电力设备的干扰电缆：电缆发热由于趋肤效应引起损耗在绝缘中的电介质损耗增加感应电动机：铁损耗及有功损耗增加脉动的机械扭矩造成效率降低，振动及电动机的发热电容器：电容器的阻抗随频率的增加而减少，谐波电流通过导致击穿由于电感而引起的共振风险发热及故障f(Hz)0电容器阻抗的频率特性çzç(W)谐波对电容器的影响无电容器的电网：电网的频率阻抗为线性谐波电流传输到变压器仅有一小部分谐波施加在负载侧有电容器的电网：电容器不产生谐波电容器可以放大电网中的谐波谐波对电容器的影响（1）无电容器的电网HV~=~=MTransformer

（变压器）HV/LVharmonicsgenerators（谐波生成器）

(Gh)Iharmonics谐波对电容器的影响（2）电网安装有电容器HV~=~=Transformer（变压器）HV/LVharmonicsgenerators（谐波发生器）

(Gh)capacitorbanks（电容器组）IharmonicsM解决方案使用有源谐波滤波器（AHF）使用无源谐波滤波器（PHF）使用混合谐波滤波器（AHF+PHF）使用有源谐波滤波器（AHF）注入的谐波电流根据负载电流中的谐波分量而改变。AHF永远不会过载。AHF永远不会自己引起系统共振。在以后增加非线性负载时，容易扩展。价格较高CT（电流互感器）的位置及注入点应被仔细选择。否则，它可能会影响到AHF的性能，或者更糟，将增加整个谐波电流。缺点优点

注意无源滤波器（PHF）技术成熟使用可靠价格低在谐波源增加后有过载的风险对于LC类型，调谐的频率可能会由于组件的温度及损坏而漂移（例如电容器）在以后增加非线性负载时很难扩展滤波器容量对于LC类型的PHF，具有共振特性。不要在同一个母线上连接几个调谐到相同频率的滤波器不要在同一个母线上同时连接无源滤波器和补偿电容器组缺点优点

注意混合谐波滤波器（AHF+PHF）从经济的角度看，一个介于AHF和PHF之间的折衷的解决方案。与PHF相同与AHF和PHF相同缺点优点

注意等效电路线性负载非线性负载有如下的非线性负载

有源谐波滤波器（AHF）无源谐波滤波器（PHF）混合滤波器（AHF+PHF）线性负载系统MHVTransformer（变压器）HV/LVLinearload（线性负载）(I1)线性负载系统V1I1V

1Transformer（变压器）HV/LVLinearloads（线性负载）EViVIL非线性负载系统HVTransformer（变压器）HV/LVMLinearload（线性负载）(I1)~=~=Non-linearload（非线性负载）(I1+…+I5+I7+…+In)非线性负载系统V1I1+I5+I7V1+V5+V7Non-linearLoads（非线性负载）INLTransformer（变压器）HV/LVLinearloads（线性负载）EViVILI1+I5+I7有AHF的非线性负载系统HVTransformer（变压器）HV/LVMLinearload（线性负载）(I1)~=~=Non-linearload（非线性负载）(I1+…+I5+I7+…+In)Activeharmonicfilters（有源谐波滤波器）IAHFActiveHarmonicFilter（有源谐波滤波器）有AHF的非线性负载系统V1I1I1+I5+I7V1Non-linearLoads（非线性负载）INLTransformer（变压器）HV/LVLinearloads（线性负载）EViVILI5+I7V1有PHF的非线性负载系统HVTransformer（变压器）HV/LVMLinearload（线性负载）(I1)~=~=Non-linearload（非线性负载）(I1+…+I5+I7+…+In)Passiveharmonicfilters（无源谐波滤波器）57有PHF的非线性负载系统V1I1I1+I5+I7Non-linearLoads（非线性负载）INLTransformer（变压器）HV/LVLinearloads（线性负载）EViVILI5+I7V1IPHFPassiveHarmonicFilter（无源谐波滤波器）LCFilter3rd5thV1+Vothers有AHF+PHF的非线性负载系统HVTransformer（变压器）HV/LVMLinearload（线性负载）(I1)~=~=Non-linearload（非线性负载）(I1+…+I5+I7+…+In)Activeharmonicfilters（有源滤波器）Passiveharmonicfilters（无源滤波器）57有AHF+PHF的非线性负载系统I5+I7V1I1I1+I5