逆变器谐波来源



华为光伏逆变器产生几次谐波

华为光伏逆变器在运行时主要产生6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19次等。

1. 谐波产生机制：

光伏逆变器在整流和逆变过程中，因IGBT/晶闸管等器件的快速开关动作，导致电流波形无法完全正弦化，进而产生畸变。这种畸变在三相整流电路中表现为6n±1次特征谐波，其中n为自然数。

2. 实际应用中的变量：

虽然理论模型可推导谐波次数，但实际表现受多重因素影响：

•电路拓扑：不同型号逆变器采用的电路设计（如两电平或三电平拓扑）直接影响开关器件应力及谐波分布；

•控制算法：SPWM、SVPWM等调制策略对谐波抑制效果差异显著；

•负载特性：并网端阻抗、负载功率因数等因素会改变谐波传递路径和叠加效应。

3. 精准数据获取方式：

若需特定型号的谐波频谱、THDi（电流总谐波畸变率）等参数，建议通过以下途径确认：

- 查阅产品技术手册中电磁兼容性测试报告；

- 联系华为技术支持获取型号定制化谐波分析数据；

- 通过专业电能质量分析仪进行现场实测验证。

电机控制杂谈（25）——为什么对于一般PMSM系统而言相电流五、七次谐波电流会比较大？

对于一般PMSM系统而言相电流五、七次谐波电流会比较大的原因主要有两点：谐波电压的来源和电机的阻抗。

一、谐波电压的来源

永磁体谐波反电势

永磁同步电机（PMSM）的永磁体谐波反电势是谐波电压的主要来源之一。这些谐波反电势主要是低阶谐波，如3次、5次和7次谐波。

然而，在三相星形绕组中，三阶谐波电压（3次、9次等）是零序分量，由于中性点通常隔离，这些零序分量电压不会引起电流谐波。因此，在大部分分析中，主要关注5次和7次永磁谐波体反电势。

从实际PMSM的相反电势波形及其FFT分析结果来看，五次和七次谐波反电势的含量通常较为显著，是引起相电流中五次和七次谐波电流的主要原因之一。

逆变器非线性

逆变器非线性也是谐波电压的重要来源。逆变器在将直流电转换为交流电的过程中，由于开关器件的非理想特性，会产生电压畸变。

这种电压畸变可以等效为方波脉冲，并通过傅里叶级数分解为多个奇数次谐波，包括3次、5次、7次等。

值得注意的是，谐波次数越低，对应的谐波幅值就越大。因此，逆变器非线性产生的五次和七次谐波电压的幅值相对较大，对相电流中的五次和七次谐波电流有显著影响。

二、电机的阻抗

电机阻抗与电流频率有关。电流频率越高，电机的阻抗越大。在交流电压幅值相同的情况下，交流电压频率越高，对应的阻抗越大，那么这个频率的谐波电流幅值也就越小。由于五次和七次谐波电流的频率相对较低，因此它们在电机中的阻抗也相对较小，从而允许更大的谐波电流流过。相比之下，更高次数的谐波电流由于频率更高、阻抗更大，其幅值通常会较小。

三、为什么相电流五、七次谐波电流会在dq基波旋转坐标系构成六次谐波电流？

在dq基波旋转坐标系中，相电流的五、七次谐波电流会表现为六倍频的谐波电流。这是因为dq坐标系是以基波频率旋转的参考坐标系，而五、七次谐波电流相对于基波频率是静止的或以不同速度旋转的。当这些谐波电流被转换到dq坐标系中时，它们会在该坐标系中产生与基波频率不同的频率分量，即六倍频的谐波电流。这一现象可以通过数学推导或频谱分析来验证。在频谱图中，可以清晰地看到相电流的五、七次谐波电流在dq坐标系中表现为六倍频的谐波分量。

综上所述，对于一般PMSM系统而言，相电流中五、七次谐波电流较大的原因主要源于永磁体谐波反电势和逆变器非线性产生的谐波电压，以及电机阻抗对谐波电流的影响。同时，这些谐波电流在dq基波旋转坐标系中会表现为六倍频的谐波电流。

谐波的产生的原因及其危害

谐波的产生主要源于非线性负载，其危害包括降低设备效率、影响设备正常工作、引发谐振、导致保护装置误动及干扰通信系统等，具体分析如下：

谐波产生的原因

在电力系统中，谐波产生的根本原因在于非线性负载。当电流流经负载时，若电流与所加电压不呈线性关系，就会形成非正弦电流，即电路中产生谐波。根据傅立叶分析原理，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。这些谐波频率是基波频率的整倍数，例如基波为50Hz时，2次谐波为100Hz，3次谐波为150Hz，以此类推。

非线性负载类型：

电力电子装置：如整流器、逆变器、变频器等，这些装置在电力电子技术飞速发展的今天应用日益广泛，成为主要的谐波源。

阻感负载：如异步电动机、变压器、荧光灯等，虽然它们主要消耗无功功率，但在某些情况下也会产生谐波。

谐波的分类：

奇次谐波与偶次谐波：谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波通常被消除，只有奇次谐波存在。

特定次数的谐波：对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等。变频器则主要产生5、7次谐波。

谐波的危害

谐波对电力系统和其他用电设备的危害是多方面的，主要包括以下几点：

降低设备效率：

谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，如变压器、电机等设备的铁损和铜损增加，从而降低了发电、输电及用电设备的效率。

特别是大量的3次谐波流过中性线时，会使线路过热，甚至引发火灾。

影响设备正常工作：

谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，影响电机的正常运行。

谐波还会使变压器局部严重过热，加速绝缘老化，缩短使用寿命。

对于电容器、电缆等设备，谐波会导致其过热、绝缘老化、寿命缩短，甚至损坏。

引发谐振：

谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，使谐波放大，从而加剧了上述降低设备效率和影响设备正常工作的危害。

谐振还可能导致设备损坏，甚至引发严重事故。

导致保护装置误动：

谐波会改变继电保护和自动装置的动作特性，导致其误动作或拒动作，影响电力系统的安全运行。

谐波还会使电气测量仪表计量不准确，影响电力系统的经济运行和管理。

干扰通信系统：

谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

在电力线载波通信等场合，谐波的干扰尤为严重，需要采取特殊措施进行抑制。

电流谐波是怎么产生的

电流谐波的产生主要源于电力系统中非线性负载的存在。

1. 电力电子设备：像整流器、逆变器等设备，工作时会对正弦波电压进行斩波或逆变，使电流波形发生畸变，从而产生谐波。比如常见的开关电源，在将交流电转换为直流电过程中就会产生大量谐波。

2. 电弧炉等工业设备：这类设备在运行时，电弧的燃烧不稳定，导致电流不规则变化，破坏了电流的正弦特性，进而产生谐波。

3. 磁性设备：如变压器，其铁芯在交变磁场作用下会出现磁饱和现象，使得励磁电流发生畸变，也会产生电流谐波。

谐波是如何产生的

谐波是电流中频率为基波的整数倍的电量，其产生的主要原因在于正弦电压作用于非线性负载，导致基波电流发生畸变。具体来说：

非线性负载：主要的非线性负载包括UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。这些设备在工作时，其电流与电压之间的关系不是线性的，从而导致谐波的产生。

电力系统中的来源：电力系统中的谐波主要来源于发电质量不高、输配电系统以及用电设备。其中，用电设备尤其是非线性电气设备是谐波产生的主要来源。这些设备在电力系统中应用越来越广泛，使得电力系统中的电流和电压波形产生畸变。

发电机和变压器：发电机由于三相绕组的制作上很难做到绝对对称等原因，会产生一些谐波。而电力变压器也会因为磁化曲线的非线性以及工作磁密的选择而产生谐波。

谐波是怎么产生的啊？谐波是什么波形，为什么定义为谐波啊？

一、谐波的产生

电网谐波主要由发电设备(电源端)、输配电设备以及电力系统非线性负载等三个方面引起的。谐波产生的原因主要有：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。

二、谐波波形

谐波的频率必然也等于基波的频率的整数倍，基波频率3倍的波称之为三次谐波，基波频率5倍的波称之为五次谐波，以此类推。不管几次谐波，他们都是正弦波。

三、定义为谐波的原因

谐波 (harmonic wave)，从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。

电网谐波是怎样产生的?

谐波，从定义上看，指的是频率为基波整数倍的电量。这种电量来源于周期性非正弦电量的傅里叶级数分解，除了基波频率外的电流产生的电量。从广义理解，任何与工频频率不同的成分皆可称为谐波，此时“谐波”概念已与初衷不符。谐波主要由非线性负载引起，例如UPS、开关电源、整流器、变频器和逆变器等。

电网谐波的产生源于三个方面：发电设备、输配电设备和电力系统非线性负载。电源端，由于发电机制作上的不对称性和铁心的非均匀性以及稳定性问题，会产生少量谐波。输配电过程中，电力变压器因其设计时考虑的经济性和铁心的非线性饱和状态，产生奇次谐波，其产生的谐波电流比例可达到额定电流的0.5%以上。电力设备方面，整流晶闸管设备、变频设备、气体放电类电光源和家用电器设备等非线性负载，都是谐波的主要来源。其中，整流设备引起的谐波约占40%，变频设备功率较大，其广泛应用对电网造成的谐波增多。气体放电类电光源和家用电器设备的非线性特性，以及不平衡电流的变化，都会导致电源波形的改变，进而产生谐波。其他用电设备同样可能成为谐波的产生源。

为什么电机相电流中会存在开关频率的奇数倍谐波

电机相电流中存在开关频率奇数倍谐波的核心原因是PWM控制的固有特性，这些谐波主要围绕开关频率及其倍数分布，其幅值受调制策略影响。

1. 产生机理

电机相电流中的这些谐波是由逆变器的开关动作直接产生的。当采用PWM控制时，电压波形并非平滑的正弦波，而是由一系列高频脉冲组成。这些脉冲的宽度被调制以等效出正弦波，但其上升沿和下降沿的快速切换包含了丰富的高频成分。通过傅里叶分析可以清晰地看到，这些谐波群以开关频率（f_sw）及其整数倍（如2f_sw, 3f_sw...）为中心分布。由于三相桥式逆变器拓扑和波形对称性的影响，其谐波频谱通常呈现出开关频率的奇数倍（如1倍、3倍、5倍）附近的边带谐波群特征，而偶数次谐波通常被抑制或幅值很小。

2. 主要影响因素

• 调制策略：不同的PWM算法（如SPWM、SVPWM）会影响谐波的幅值和分布。例如，SVPWM相比SPWM能更好地利用直流母线电压，其谐波特性也有所不同。

• 调制比（m）：调制比定义为调制波幅值与载波幅值之比，它直接影响基波电压的幅值，同时也决定了谐波的幅值大小。

• 开关频率（f_sw）：开关频率越高，最低次谐波群的中心频率就越高，更容易被电机绕组的电感滤除，从而使得相电流波形更平滑。但提高开关频率也会导致开关损耗增加。

• 死区时间：为防止上下桥臂直通而设置的死区时间会引入电压误差，导致波形失真，产生额外的低次谐波。

3. 带来的影响与处理

这些高频谐波会增加电机的铁耗和铜耗，导致电机发热和效率下降，同时也是电磁噪声（如“啸叫声”）的主要来源。为抑制其影响，通常采用以下方法：

• 在逆变器输出端安装交流输出滤波器。

• 优化PWM调制算法，如采用随机PWM技术分散谐波能量。

• 在软件中引入死区补偿算法，修正电压误差。

• 从电机设计角度，采用铁损更低的硅钢片材料和合适的绕组方式以降低谐波损耗。

常见的谐波源及谐波处理方案

常见的谐波源及谐波处理方案

一、常见的谐波源

电网中的谐波源多种多样，主要可以分为以下几类：

UPS（不间断电源）：UPS在提供稳定电力供应的同时，由于其内部整流和逆变等非线性环节，会产生一定量的谐波。开关电源：开关电源通过高频开关动作实现电压转换，这一过程中会产生谐波电流和谐波电压。整流器：整流器将交流电转换为直流电，其非线性特性导致谐波的产生。变频器：变频器通过改变电机供电频率来调节电机转速，其内部包含整流和逆变环节，因此也是谐波的重要来源。逆变器：逆变器将直流电转换为交流电，同样由于非线性特性，会产生谐波。

此外，发电设备因制作工艺、稳定性等原因，也会产生少量谐波。在输配电过程中，变压器作为电网中的重要设备，也是主要的谐波源之一。

二、谐波处理方案

为了改善谐波对电力系统的影响，企业可以采取以下谐波治理方法：

1. 提高系统的抗谐波能力

提高系统的抗谐波能力可以减少谐波对电力设备和用电设备的影响。具体措施包括：

提高电网的阻抗：通过增加电网的阻抗，可以提高电网的稳定性，从而增强对谐波的抵御能力。采用高阻抗的配电变压器：高阻抗的配电变压器可以减少谐波的传播，降低谐波对电网的影响。增加电容器等无功补偿设备：通过增加电容器等无功补偿设备，可以提高电力系统的功率因数，从而改善电网的电能质量，间接减少谐波的危害。

2. 对谐波进行补偿

对谐波进行补偿是另一种有效的谐波治理方法。具体措施包括：

采用谐波滤波器：谐波滤波器是一种专门用于抑制谐波的装置，它可以有效地滤除电网中的谐波电流和谐波电压。

（谐波滤波器示意图）

采用有源滤波器：有源滤波器是一种能够动态地跟踪和补偿电网中谐波电流的装置，它可以实时地检测电网中的谐波电流，并产生相应的补偿电流，从而消除谐波。

采用谐波电流补偿装置：谐波电流补偿装置通过产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，将谐波电流与基波电流相消，从而达到抑制谐波的目的。

采用谐波电压补偿装置：谐波电压补偿装置则通过产生与谐波电压大小相等、方向相反的补偿电压，将谐波电压与基波电压相消，从而改善电网的电压质量。

综上所述，针对电网中的谐波问题，企业可以采取提高系统抗谐波能力和对谐波进行补偿两种治理方法。在实际应用中，应根据电网的具体情况和谐波的特点，选择合适的治理方案，以达到最佳的治理效果。同时，企业还应加强谐波监测和管理，及时发现和处理谐波问题，确保电力系统的安全稳定运行。

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