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UPS谐波的产生与治理

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，使得电力系统谐波畸变率的增加。

谐波的定义

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。分解后的谐波通常称为n次谐波，

此处的此处的即是谐波次数。一般指从2次到50次范围力口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。

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。

目前中大功率三迸三出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。

中大型三迸三出UPS输入整流器采用三相全桥6脉冲可控整流电路的，其输入功率因

数是由换相重叠角γ和控制角α来决定的。换相重叠角γ是指三相整流电路中两相电压共

同导通的时间;控制角α表示触发延时时间，即从正弦波过零开始到晶闸管触发导通之间这

段晶闸管不导通的时间。相控整流电器的功率因数为

如果换相重叠角γ很小，可以忽略不计时，则相控整流器的功率因数表达式为

cosφ=cosα

说明整流器的功率因数主要与控制角的余弦有关，控制角愈小，功率因数愈大;反之则功率

因数愈小。实际上，在整流电路中，除了存在整流电压与整流电流之间的相位差之外。还存

在着由于高次谐波电流引起的电流波形畸变问题，可以用电流畸变系数p进行计算。电流

畸变系数p如下式所示。

式中μ:基波电流有效值;

I:非正弦电流总有效值;

I2:…In:二次谐波以上谐波电流有效值。

考虑到高次谐波畸变因数后，整流器的功率因数PF可以表示为

PF=μcosφ

高频开关整流电源由于是峰值整流形式，其输入电流为很窄的大电流脉冲波，谐波分量很大，

即电流畸变系数很低，故其功率因数PF也很低。这时必须用有源功率因数校正技术使其电

流正弦化，可以使PF达到0.95以上。

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。

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整流器大部采用晶闸管相控整流电路，在输入侧加装无源滤波器(见图1)，

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THD5%，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