电力谐波产生及抑制技术分析

冯祥　朱敏杰

摘 要：随着社会的不断进步，电气设备需求量的日益增加对电网的稳定性以及电能质量提出了新的挑战。但是电力电子设备的广泛应用，却带来了电力谐波公害问题。本文针对谐波危害产生的原因以及抑制方法进行了研究。

关键词：谐波危害；谐波测量；抑制措施

一、电力系统谐波的产生原因

现在电网中越来越多使用非线性负载，例如变换频率的设备、环流装置等。这给系统带来了很多的谐波问题，谐波还可通过电网进入用户端，危害更加广泛。总的来说，电网中电压和电流谐波产生主要有两个途径：一是R、L、C元件的非线性；另一个是频繁使用的电力电子装置。

谐波源就是会产生谐波电流或电压的电力电子装置，如那些非线性特性的设备。电网中谐波源有两种：电压源型和电流源型。

（1）发电机就是一个典型的电压源型谐波源。它由于本身结构的不对称，或者气隙的不均匀，就极易产生谐波，并入网中。旋转的电动机就是公认的电压谐波源。谐波电压源很多，如整流换流设备、非线性的家用设备等都能产生大量的谐波。

（2）电力电子众多设备中，能使交流变直流，直流变交流的设备运用最为广泛。

二、谐波测量技术

测量电网中谐波的次数和观察谐波在系统中的具体情况，这可以对抑制谐波，减少甚至消除谐波危害有很大的帮助。对谐波的测量包括对波形的测量、对频谱的研究和对该谐波波形畸变率的测量。能测量出的谐波的频率是1-40次左右，相当于50-2000Hz。

1.采用模拟带通或带阻滤波器的检测方法

模擬滤波器是最早用来检测谐波相关数据的设备，先将输入信号放大。然后把该信号送进一组有并行联结的带通滤波器。该模拟滤波器的中心频率f1、f2、…、fn是不变的，都是工频的整数倍，并且f1

2.基于小波变换的谐波检测方法

小波分析作为一种比较新颖的技术，在检测谐波方面有了不错的应用。电网电路中会产生高次谐波，并通过小波变换，将它映射到不同尺码上，随即会显著地显示出奇异高次谐波信号的特性。尤其是小波包还会将得到的信号再一次细分，这样更有助于谐波分析。首先将谐波电流进行正交分解，将信号分解为各个方向上的，以方便分析比较和处理。然后我们可以把低频段的信号看作是基波分量，这样子不会太影响结果，又可以简化分析。

三、电力谐波抑制技术分析

根本抑制和阻止电力系统谐波的产生，就应该从产生谐波的谐波源的设备，即电力电子设备开始。解决谐波污染问题一般有两种方法：一是主动型，就是改进对电力电子设备（即谐波源）本身的设计，从而减少或消除谐波的产生，而且还可以提高功率因数；二是被动型，就是给电路增加滤波器，吸收谐波，减少谐波传播，比如在电网中增设无源滤波器或在设备的电网侧增设有源滤波器。本文围绕应用范围较广的主动型电力谐波抑制技术展开介绍。

1.多脉整流及准多脉整流

几百千瓦以上的大容量电力电子设备，老用12脉或24脉变流器来减小谐波电流。脉数增多，这明显会带来一些好处，比如电网中电流谐波含量会减少，波形也变得不那么畸形，谐波产生也越少。但与此同时，也会存在一些问题，如脉数越多，则设备的结构越复杂，连线也越麻烦，设备造价也越高。所以脉数并不是越高越好，而是要考虑方方面面。

2.利用脉宽调制（PWM）技术

PWM技术的工作原理就是在一个周期内，将直流电压调制成同样大小但是不同样宽度的交流电压，并且输出端口，从而减少谐波。其实就是说，只要控制调制后的交流电压的波形，能保证每1/2波和1/4波是对称的。并且使这些波的大小和那些经傅里叶变换后需要消除的谐波一样，相位差180度，这样子就可以达到消除谐波的效果。PWM技术就是可以让谐波频谱往高频移动，有效抑制谐波的传播，提高网侧的功率因数。但因为PWM谐波信号经过调制后会有高次谐波，这有可能会对空间产生辐射和电磁干扰。

3.利用多重化技术

各个方案都有其优点和缺点，将各个方案结合起来实施，使各方案优势互补，这将成为未来的发展趋势。比如，SPWM技术，这是结合了移相技术和PWM的优点，这更多的是用于大功率设备上。因为不仅它选取了多重化以及PWM技术的优势，而且每个的开关频率比较低。

四、结语

本文分析了谐波的成因，接下来又阐述了测量谐波的两种主要方法：采用模拟带通或带阻滤波器的检测方法及基于小波变换的谐波检测方法。最后根据产生谐波的装置，将抑制谐波的方法分为两种：主动型以及被动型谐波抑制技术，并且围绕主动型技术展开了详细的介绍。

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