LED照明对电网谐波影响分析

摘 要：随着非线性照明设备的广泛使用，其对供电网络所造成的影响越来越大，尤其是设备在工作过程中所产生的谐波对供电网络所造成的影响不可忽视。因此，为了确保供电网络的稳定运行，就要对供电设备所产生的谐波采取有效的措施，进而为供电网络的平稳运行提供可靠的保障。本文对LED的原理及其灯具产生谐波的原因进行了比较深入的分析研究，在此基础上，提出了具有一定针对性的解决措施，能够在一定程度上改善谐波所造成的影响，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

关键词：LED；照明；电网谐波

1 前言

由于LED具有能耗低、环保、寿命长以及体积小等诸多优点，因此，其被广泛的应用于各个领域之中，逐渐取代了荧光灯和高压钠灯，大大改善了光照质量，提高了人们工作和生活的光环境质量。但是随着LED灯具的广泛推广，其自身在工作过程所带来的问题也逐渐凸显，影响着电网的稳定运行，尤其是对电网系统所造成的谐波影响更是不容小觑，给电网的稳定运行埋下了不小的安全隐患。因此，为了确保电网能够始终处于良好的工作状态之中，就要对LED照明过程中所产生的谐波采取有效的控制措施，确保其在合理的范围内，进而避免对电网造成不利影响，从而确保电网能够安全平稳的进行工作。

2 LED的原理及其灯具产生谐波的原因

2.1 LED的原理

LED的全称是发光二极管，本质上属于一种半导体二极管，主要是由P型半导体、N型半导体以及PN结三部分构成，其也具有半导体的单向导电性。当对PN结施加一定的外加正向电压后，电压所形成的外电场与内电场就会相互抵消，P区的空穴和N区的电子就会在电场的作用下形成具有一定规律的扩散电流，处于高能状态中的电子在与空穴复合的过程中，会将过多的能量通过光能的形式进行有效释放，进而将电能有效的转化为光能。由于二极管具有伏安特性和非线性特征，在LED工作的过程中，随着正向电压的逐渐增加，当其超过导通压降时，较小的电压变化就会导致电流发生巨大变化，进而给电网的稳定性带来不利的影响。

2.2 LED灯具产生谐波的原因

LED灯具在工作过程中产生谐波的原因主要有驱动器和负载LED灯串，对于前者来说，驱动器具有整流和滤波的功能，进而确保LED灯具能够进行稳定的照明。LED灯具在工作过程中所输入和输出的波形图具有自身的特点，只有当LED驱动器电路中的输入电压处于峰值附近时，整流二极管才能被有效的导通。由于其导通角相对较小，在导通的过程中会导致输入的电流呈现尖状脉冲，即LED中输入的电流发生一定程度的畸变。

负载LED灯串是按照一定结构形式所构成的LED灯组，在其工作过程中，由于单个LED的正向导通压降一般在2～3V之间，在直流电压的建立过程中，当两个LED电压处于0～2V或0～3V之间时，此时，LED处于截止状态，其中的电流为零。正是由于LED灯具具有这种非线性的特征，导致其在工作过程中的输入电流会发生一定的畸变，进而导致谐波失真超标的发生。

3 LED灯具谐波的解决措施

3.1 分散治理

（1）驱动电源改进措施

对于LED驱动电源的改进措施主要有PPFC和APFC两种不同的形式，其电路的结构形式有所不同，在实际的应用过程中，要充分考虑其工作环境要求，选择适宜的结构形式，进而确保LED灯具能够进行正常的工作。这两种电路的不同连接形式其消除谐波的能力不尽相同，其中前者的电路形式比较简洁，整个电路结构中的设备相对较少，因此，电路所耗费的成本相对较低，谐波含量较小；后者电路的结构形式比较复杂，在电路结构中要用到大量的电子设备，因此，所花费的成本相对较高，谐波含量低，效果比较理想。因此，在实际的处理过程中，要结合实际情况进行有针对性的选择。

（2）负载LED灯改进措施

为了有效改善LED负载，在电路中不存在电流的时候，需要通过采取有效的人为干预措施，以此来为电路中增加适当的电流。在实际的操作过程中，通过在LED灯具上并联某一适当的电容或电阻，进而为负载增加一条有效的通路，为电路的稳定运行提供了可靠地保障。但是该种改进措施也会导致LED灯具在工作过程中的总功率增加，进而导致电能损耗增加，造成电能的浪费。

3.2 集中治理

对于大规模采用小功率电源模块的LED灯具来说，对所有驱动回路进行改善的成本较高，经济上不合理，而且对电源模块也无法进行完全的补偿，因此，需要通过采取集中治理的方式进行改善。当前的集中治理方案可以分为无源滤波和有源滤波两种不同的方式，这两种不同的方式各有优点，其对比如下：

（1）价格成本上，无源滤波器技术经过了较长时间的发展，其整体技术已经日趋完善，并且具有比较广泛的适应性，能够应用于多个不同的领域，并且其在工作过程中抵抗外界的影响能力较强，能够长期处于稳定的状态中，也就无需进行后期的维修，因此，其整体成本相对较低，而有源滤波器的技术尚不成熟，后期需要进行一定的维护工作，导致其成本相对较高；

（2）无源滤波器在工作过程中是将电抗器与电容器进行有机结合，通过两者进行配合，进而将谐波予以吸收，以此来消除谐波对电网所造成的不利影响，避免电网收到谐波的不良影响。有源滤波器则通过对谐波次数进行系统全面的检测，并根据检测数据进行科学合理的分析研究，进而制定出有针对性的改善措施，进而对其进行抵消处理，将谐波量控制在合理的范围内，确保整个电路能够进行平稳的运行。

（3）有源滤波器主要用于处理小电流，而无源滤波器可以用于大电流。因此，在实际的选择过程中，要结合电网工作过程中的电流大小，选择经济合理的适宜滤波器。

3.3 LED照明配电的具体实施

（1）在规模较大的新建厂区，在照明系统中通过采用功率较小的电源变压器为整个系统进行供电，同时在低压侧采用△进行联结，进而能够将线路中存在的3次谐波成分进行有效的消除，为电路的稳定运行提供了可靠地保障。

（2）在进行改造的电网单元中，需要增设相应的设备，以此来消除谐波所造成的影响。通过在照明干线上增设小容量的滤波装置，进而能够有效的消除线路中的谐波，将整个电网中的谐波含量限制在一定范围内，从而避免谐波对其他用电设备造成干扰。

（3）对于已在驱动电路上增加消谐设备的照明灯具，由于消谐设备已经能够对谐波进行合理的消除，整个电网中的谐波含量相对较低。由于谐波对电网所造成的影响可以忽略不计，因此，可不再另外增加滤波器。

4 结语

总而言之，随着电网中所使用的LED照明设备数量逐渐增多，其对电网所造成的谐波影响也越来越大，为了确保电网的安全平稳运行，就需要深入分析LED照明对电网谐波所造成的影响，再根据分析结果采取有效的改善措施，降低其对电网所造成的不利影响，进而确保电网能够始终处于良好的工作状态。

参考文献：

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[4] 赵莉华， 牛纯春， 雷晶晶， 等. 照明设备的谐波问题及抑制措施[J]. 电测与仪表， 2016（08）：95-101.

作者简介：

张伟奇（1980.01）；性别：男，民族：汉，籍贯：湖北鄂州，学历：专科；研究方向：照明电气。