UPS谐波的产生与治理

一、谐波治理的定义。

    随着电力电子技术的发展，大功率普通晶闸管VTH、门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET、电力晶体管GTR、IGBT等技术的广泛应用，大量非线性负载的增加，使得电力系统波谐波是指供电系统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，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。

    谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。分解后的谐波治理通常称为n次谐波，此处的n即是谐波次数。在2次到50次范围内，5次谐波电压(电流)的频率是250Hz，7次谐波电压(电流)的频率是350Hz，超过13次的谐波称为高次谐波。

二、UPS谐波的产生。

    UPS主要由整流电路、逆变电路、控制电路、充电电路、电池组、旁路系统组成。目前中大功率三进三出UPS的整流电路通常采用晶闸管相控整流电路，常用的整流电路有三相全桥6脉冲整流电路和六相全桥12脉冲整流电路等。相控整流技术的优点在于结构简单控制技术成熟，但由于交流输入功率因数较低，会产生大量的谐波电流，对电网产生较大的污染。

三、UPS谐波的危害。

    (1)对发电设备的危害：谐波干扰增大发电机的损耗，产生寄生转矩，降低了机械能向电能转换的效率。谐波在绕组和转子阻尼线圈中产生额外THDI必须小于等于20%，否则发电机的功率必须进行折算。

    (2)对输电设备的危害：损耗增加（趋肤效应）、引发谐振（线路电感、对地电容）、中线电流增大、影响线路的稳定运行（继电保护的误动或拒动）。

    (3)对供电设备的危害：损害电容、变压器降容（铜损、涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗）、降低可靠性、影响电力测量的准确性。

    (4)对用电设备的危害：视在功率增大、干扰敏感性的电子设备。

    (5)对人体的危害：人体细胞在受到刺激兴奋时，细胞膜电位会发生快速波动，其频率如果与谐波频相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场，引起不适，甚至诱发疾病，危害人体健康。

四、UPS谐波的治理。

    针对目前市场现状。对UPS产生谐波的处理方法有以下几种：

    (1)6脉冲整流UPS+无源滤波器。大功率UPS整流器大部分采用晶闸管相控整流电路，在输入侧加装无源滤波器，来吸收谐波和提高功率因数，但是由于受到滤波器的体积和成本的限制，最高可使功率因数提高到0.9，电流谐波THD<5%，而且无源滤波器抑制谐波本质上是频域处理方法，即将非正弦周期电流分解成傅里叶级数，对某些谐波进行吸收，因此只能抑制固定的几次谐波，补偿固定的无功功率。针对无源滤波器的上述缺点，人们提出了在UPS网侧设置有源滤波器对波形和无功进行补偿。

    传统6脉冲整流三进三出的UPS，主要为5次与7次谐波分量。滤波器由输人电感(LA、LB、LC)、滤波电感(LA1、LB1、LC1)和滤波电容(C1、C2、C3)组成。滤波电感和滤波电容组成谐振滤波电路，对3、5、7电感作为输人电流波形校正，同时能够提高谐振滤波电路的效果。另外，输人电感的感抗可以减少合闸浪涌电流。

    三相全控桥6脉冲整流UPS+5次谐波滤波器，由整流装置产生的谐波占所有谐波的25%—33%，加上5次谐波滤波器后减小到10%以下，输入功率因数为0.9，可局部减小谐波电流对电网的危害。这种配置，其输人电流谐波仍然偏大，对发电机容量配比要求为1:2以上，并存在导致发电机输出异常升高的隐患，但是该方案是采用无源器件，可靠性高，性价比高。

    (2)12脉冲整流器。一种多重化整流电路，由两个三相桥整同，一个接成三角形，一个接成星形，这样两组三相交流电源间相位错开30°，从而使输出整流电压Ud在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路为12脉冲整流电路。12脉冲整流器等于是在6脉冲整流器的基础上再增加一个6脉冲整流器，较之6脉冲整流，不仅可以减小输人电流谐波，也减少了输出电压中的谐波含量。

    12脉冲整流技术的发展又来已久，早在上世纪70年代初期，当大功率晶闸管发展成熟之际，人们就已经发现了晶闸管整流器在将交流电转换为直流电的同时，会产生大量的谐波电流注人到电网中，随之而来的就是谐波电流对电网中的其它负载产生的影响，为此，人们寻求一种解决方法，希望除掉整流器产生的谐波电流。