基于DSP的电网谐波分析仪的设计_梁玉红
电力系统的谐波产生的原因
电力系统的谐波产生的原因电网谐波来自于3个方面： 一是发电源质量不高产生谐波： 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。 二是输配电系统产生谐波： 输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。 三是用电设备产生的谐波： 晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，最大可达45%。 气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。 家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。 供电系统的无功补偿及谐波治理 在供电系统中，为了节能降损、提高电压质量和电网经济运行水平，经常采用各种无功补偿装置。近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、各种电力电子设备以及电气化铁路大量应用。这些负荷大都具有非线性、冲击性和不平衡性的特点，在运行中会产
电力系统谐波影响及消除
电力系统谐波影响及消除（网络摘录）2011.12.20 返回日志列表 从补偿电容无法投入，谈谐波危害，分析谐波来源，提出治理谐波的初步建议随着个私经济特别是特钢和化学工业在我市的发展，我公司的供电量也不断的增长，为了使功率因素达到标准，必须投入补偿电容，但是这几个乡镇的变电所的补偿电容器却无法投上，强行投入后，电容器熔丝也会很快熔断。但根据其他变电所运行经验，在此功率因数下，无功电流不应大于熔丝熔断电流。这是为什么呢? 经过对该地区的供电现状分析，这是由于谐波引起的。所谓谐波，即理想的电力系统向用户提供的应该是一个恒定工频的正弦波形电压，但是由于各种原因，使这种理想状态在实际中无法存在。因此通过对周期性电压或电流的傅立叶分解，所得到的频率为基波整数倍分量的含有量，称为谐波。 谐波对于电网的危害非常大，主要表现在以下方面： 1.由于电网主要是按基波设计的。由于LC元件的存在，虽然在基波时不会发生谐振，但在某个特定谐波时却可能引起谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，电网谐振引起设备过电压，产生谐波过流，对设备造成危害。特别是对电容器和与之串联的电抗器。其中，特别要注意的是，由于电容器是容性负载，能与电网上感性设备(其它设备主要是感性设备)配合，构成共振条件，又由于其大小与谐波频率成反比，因此，电容更容易吸收谐波共振电流，引起电容过载，造成电容损坏，或者熔丝熔断。 2.使电网中的电气设备产生额外的损耗(谐波功率)，降低了设备的效率，同时谐波会影响设备的正常工作，例如变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，电机产生机械振动等故障，绝缘部分老化、变质，严重时候甚至设备损坏。 3.导致继电保护和自动装置误动或拒动，造成不必要的损失，谐波会使电气测量仪表测量不准确，造成计量误差。 另外，谐波还会产生对设备附近的通信系统产生干扰等其他危害。 既然谐波危害如此之大，那么谐波是如何产生的?又如何能减小它的影响和危害呢? 谐波来源 1、中频炉、电弧炉等设备是该地区谐波的主要来源 对该地区负荷进行分析，发现主要的原因是该地区特钢工业发达，中频炉、电弧炉等作为一类高效的加热源已经非常普及。电弧炉是利用电极物料间产生的电弧熔炼金属，因此，它的电流波形很不规则，含有多种谐波(2次到7次)以及间谐波，这是谐波的一个重要来源。而中频炉是工频电流整流后再变为中频，再利用电磁感应来熔炼金属，因此产生大量的高次谐波，其中以5次、7次、11次等奇次谐波为主。这正是该地区谐波的主要来源。 2、用户变压器群是该地区谐波的重要来源 一般情况下，三相变压器由于铁芯为“日”形状，中相比边相要短一半，因此，三个磁路的不对称引起变压器励磁电流中含有谐波分量。所以当对空载三相变压器加电压激励时，即使受电侧没有零序电流通路(中性点不接地或三角形接线)，励磁电流中也会有谐波分量。虽然在实际运行时，这个谐波分量很小，但由于变压器绕组接法以及各绕组和电网各相的连接统一规定时，则各台变压器励磁电流里的同次谐波彼此叠加，形成了电网中谐波的又一重要来源。例如，在绝大多数配变中，都是Y，yn接线，变压器的中间的铁柱对应的线圈即中相接的都是B相，这样的统一接法，就为3、5、7等次谐波提供了一个分别互相叠加的条件。在该地区，现有35kV用户变压器5台，总容量400kVA，10kV用户变压器约800台，总容量330kVA.如此庞大的用户变群又成为了谐波的又一个重要来源。
电力系统的谐波
《电力系统的谐波》 电气工程与自动化 1.什么是谐波？特性？分类？ 2.含有谐波的电量的电气参数如何计算？ 3.衡量谐波含量的参数有哪些？定义？ 4.电力系统常见的谐波源有哪些？ 5.谐波的危害是什么？治理方法有哪些？ 理想的交流电压和交流电流波形应是单一频率的正弦波，而实际电力系统中由于负荷 的非线性常会使电压和电流波形产生畸变而偏离正弦，出现各种谐波分量。谐波的含量是 衡量电能质量的重要指标之一。 那么什么是谐波呢？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。 奇次谐波:额定频率为基波频率奇数倍的谐波，被称为“奇次谐波”，如3、5、7次谐波； 偶次谐波:额定频率为基波频率偶数倍的谐波，被称为“偶次谐波”，如2、4、6、8次谐波。 一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。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。 变频器主要产生5、7次谐波； 分量谐波:频率为基波非整数倍的分量称为间谐波，有时候也将低于基波的间谐波称为次谐波,次谐波可看成直流与工频之间的间谐波。 电气参数计算 有效值： U= 1T u 2T 0(t)dt I= 1T i 2T 0(t)dt u(t)= 2∞n =1U n sin ?(nw 1t +αn ) i(t)= 2∞ n =1I n sin ?(nw 1t +βn ) w 1=2πT =2πf 1 I= A A= 1T [ 2I 1T sin w 1t +β1 + 2I 2sin 2w 1t +β2 +?+ 2I n sin nw 1t +βn ]∧2dt
电力系统谐波管理暂行规定
电力系统谐波管理暂行规定 SD126～84 第一章总则 第一条电力系统中的谐波主要是治金、化工、电气化铁路等换流设备及其他非线性用电设备产生的。随着硅整流及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备及用户用电设备带来严重危害。为保证向国民经济各部门提供质量合格的50赫兹电能，必须对各种非线性用电设备注入电网的谐波电流加以限制，以保证电网和用户用电设备的安全经济运行，特制订本规定。 第二条本规定适于电力系统以及由电网供电的所有电力用户。 第三条电网原有的谐波超过本规定的电压正弦波形畸变率极限值时，应查明谐波源并采取措施，把电压正弦波形畸变率限制在规定的极限值以内。在本规定颁发前已接入电网的非线性用电设备注入电网的谐波电流超过本规定的谐波电流允许值时，应制订改造计划并限期把谐波电流限制在允许范围以内。所需投资和设备由非线性用电设备的所属单位负责。 第四条新建或扩建的非线性用电设备接入电网，必须按本规定执行。如用户的非线性用电设备接入电网，增加或改变了电网的谐波值及其分布，特别是使与电网连接点的谐波电压、电流升高，用户必须采取措施，把谐波电流限制在允许的范围内，方能接入电网运行。 第五条进口设备和技术合作项目亦应执行本规定。但如对方的国家标准或企业标准的全部或部分规定比本规定严格，则应按对方较严格的规定执行。 第六条谐波对通讯等的影响应按国内有关规定执行。 第七条用户用电设备对谐波电压的要求较本规定的电压正弦波畴变率极限更严格时，由用户自行采取限制谐波电压的措施。 第二章电压正弦波形畸变率极限值和谐波电流允许值 第八条电网中任何一点的电压正弦波形畴变率均不得超过表1规定的极限值。 表1 电网电压正弦畸形畸变率极限值(相电压)
电力系统中谐波的危害与产生
编号：AQ-JS-03716 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 电力系统中谐波的危害与产生 Harm and generation of harmonics in power system
电力系统中谐波的危害与产生 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科 学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 电网谐波造成电网污染，正弦电压波形畸变，使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障，情况日趋严重。本文全面论述了电力系统中谐波的危害及产生情况，希望能引起我们的高度重视。 谐波的危害电力系统中谐波的危害是多方面的，概括起来有以下几个方面： 1.对供配电线路的危害 （1）影响线路的稳定运行 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，
但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。 （2）影响电网的质量 电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40%；三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。 2.对电力设备的危害 对电力电容器的危害 当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍;对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍，但
谐波的产生
谐波的产生 摘要：文章针对电力系统的谐波及其产生做了综述，概要阐述了谐波源的生成原理，并针对现行电力系统中的特点，对谐波的来源做了深入的探讨；同时，分析了电力系统中的谐波源的特点，最后，根据系统中谐波的特点以及现行电力市场逐渐形成的前提，提出了对于谐波监管的认识。 Abstract ：The harmonics and its forming has been summarized in the paper, the mechanism of generating of harmonics in power system has been analyzed, and the source of harmonics has been discussed detailed according to the present power system. Meanwhile, the characteristics of harmonics are discussed and suggestions has been proposed ultimately on the basis of the background of the arising of power market. 关键词：电力系统 谐波 一 谐波的生成 电力系统谐波问题一直是影响电力生产、电能质量的一个技术性难题。随着电力电子器件在电力系统的大量使用，越来越多的非线性元件成为电力系统的谐波源。理想的电力系统，在工频下其电压电流波形应该为正弦波形。其中电压为正弦波形的瞬时值为 ()sin()w U t t α=+ （1） 022w f T ππ== （2） 其中，()U t 为电压均方根值，α为波形初相角，w 为角频率，0f 为工频频率，T 为工频周期。 一个线性电路可以等值为含有一个电压源，外加电阻、电抗构成的电路，如含有一个电感与电阻的电路，其电压电流方程为一个常微分方程，如下 0()()()di t L Ri t u t dt += （3） 当电路中存在电力电子元件如电力二极管以后，由于二极管的单向导电性，其电压电流的线性关系便变成非线性关系，如下[1]
电力系统中谐波分析
电力系统中谐波的分析、检测与抑制方法的研究 - 1 - 第 1 章绪论 1.1 课题研究的背景及意义 电力系统的谐波问题早在 20 世纪 20 、 30 年代就引起了人们的注意， 当时在 德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。 70 年代以来， 由于电子技术的飞速发展， 各种电力电子装置在电力系统、 工业、 交通及家庭中 的应用日益广泛，谐波所造成的危害日益严重。 谐波的研究具有重要意义， 首先是谐波的危害十分严重。 谐波使电能的生产、 传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，导
致电气设备寿命缩短， 甚至发生故障或烧毁。 其次， 谐波研究的意义还可以上升 到治理环境污染、维护绿色环境的角度来认识。对电力系统而言，无谐波是“绿 色”的主要标志之一。在电力电子技术领域，要求实施“绿色电力电子”的呼声 也日益高涨。 目前， 随着全人类环保意识的加强， 对电力系统谐波污染的抑制也 己成为电工科学技术界所必须解决的问题。 最近十几年间， 对电力系统谐波问题的研究， 己经超出了电力系统自身的研 究范围。 同时， 电力系统谐波相关问题己经受到了世界各国经济、 行政管理部门 的重视， 不少国家己先后制定了限制电力系统谐波的标准， 其中也包括一些限制 和管理措施。 尽管近十几年来， 对电力系统谐波问题的研究取得很大进展。 在学 术上还有许多问题需要人们去研究解决、 在解决这些问题的同时， 才真正谈其制 定合适的法规或标准来限制和管理电力系统的谐波，并对其进行有效的制。
1.2 国内外对谐波的分析、检测与抑制方法研究的现状 谐波检测方法是电力谐波分析的关键环节，也是当前各相关文献论述的重 点。谐波检测一般包括三个步骤 : 谐波信号预处理；谐波幅值和相位测量；测量 再处理。其中谐波信号预处理和结果再处理都作为辅助算法，为谐波测量服务， 以优化检测性能，达到对谐波的分析、检测以及抑制高次谐波的目的。 电力系统中谐波的分析、检测与抑制方法的研究 - 2 - 1.2.1 目前国际上对电力谐波的研究现状 国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代， 当时的研究主要是针 对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。 近十几年间电力谐波的 研究， 已经越过了电力系统的范畴， 并且形成了自己特有的理论体系、 分析研究 方法、控制与治理技术、监测方法与技术、限制标准与管理制度等。目前，谐波 研究仍是一个非常活跃的领域。 发达国家的经验和预测表明， 随着科学技术的发 展， 非线性负荷用电设备的种类、
电力系统谐波分析
海南大学 课程论文 题目：电力系统谐波分析 学号： B0736039 姓名：陈肖前 年级： 07电气1班 学院：机电与工程学院 系别：电气系 专业：电气工程及其自动化 指导教师：王海英 完成日期： 2010 年 06月 15 日
摘要 谐波对电力系统和用电设备产生了严重的危害及影响，而小波变换为电力系统谐波信号分析提供了有力的分析工具。与Fourier变换相比，小波变换是时间频率的局部化分析，它通过伸缩平移运算对信号逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了Fourier变换的困难问题，成为继Fourier变换以来在科学方法上的重大突破。有人把小波变换称为“数学显微镜”。 本设计探讨了小波变换的基本原理之后，就如何应用小波工具箱对系统的谐波信号进行了分析。主要内容如下： 首先，采用小波变换进行谐波检测的方法进行了系统仿真，通过仿真验证了小波分析具有时域和频域的双重分辨率，能够较好的解决傅立叶分析所不能解决的问题。 其次，在谐波分析中，采用小波分析算法，不仅能正确的得到各次谐波，而且对用傅立叶分析没法解决的有关信号的暂态分量的提取，暂态分量时间的定位，电压、电流波形的间断、突起、凹陷和瞬态分量的检测都具有较好的效果。 最后MATLAB仿真的结果验证了本文的分析方法的正确性和有效性。基本达到了实验目的。 关键词：谐波分析小波理论MATLAB
Abstract Harmonics have a serious danger and affect in the power system and electrical equipment, but wavelet transform can provides a powerful analytical tool for harmonics signal analysis. Compared with the Fourier transform, wavelet transform is the localized analysis of time frequency, which refines the signal multi-scale by scalabling and shifting operation step-by-step. Finally it meets the requirement of high-frequency time and low-frequency frequency subdivided, and of automatically adapting to time-frequency signal analysis. It can focus on arbitrary particulars of signal , solving the difficult problems of the Fourier transform. It is a major breakthrough in science method since the Fourier transform. Someone praised wavelet transform as the “mathematical microscope”. After discussing the basic principles of wavelet transform, this Design discussed how to use the wavelet toolbox to analy the harmonic signals. They are as follows: Firstly, the Harmonic Detection method was simulated by Wavelet Transform, and the simulation shows that the Wavelet Transform has double resolutions in both time and frequency domains, which can solve the problem that the Fourier Transform can't do well. Secondly, we could not only correctly get various orders of harmonics, but also effectively solve how to draw the transient component of the signal ,and how to locate the time of transient component of the signal ,and solve the problem of intermittent and Processes and depression of the voltage and current wave, and solve how to detect transient component,and the Fourie are not available. Finally,MATLAB simulation results verify the correctness and effectiveness of the analytical methods. It achieves the basic purpose of the experiment. Key words: Harmonic measurement Wavelet theory MATLAB
浅析电力系统谐波及其研究现状
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/712280574.html, 浅析电力系统谐波及其研究现状 作者：高瑜郭天飞郭天超路静韩一帆 来源：《科学与财富》2016年第28期 摘要：近些年来，随着人们对电力需求量的不断增长以及电力系统的迅速发展，人们越 来越关注所用电能的质量。由于电力电子技术具有能使设备响应速度快、控制性能好、效率高、体积小、重量轻等特点，其在各种设备上得以广泛应用。然而，变压器、电力电子装置等非线性负荷，作为谐波源，其广泛的使用给电力系统及电气设备的正常运行造成了严重的危害，电力系统也因此面临着严重的谐波污染。因此，谐波的分析及抑制已成为国内外电气领域广泛关注的课题。 关键词：谐波；起因；危害；研究现状 1谐波的起因 目前，国际上公认的谐波含意是：“谐波是一个周期电气量的正弦波的分量，或者说谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的h次分量其频率为基波频率的整数倍”[1]。 在电力系统中，谐波主要是由变压器、旋转电机和各种电力电子设备等非线性负载产生的。在一般情况下，电气设备的非线性电特性使其组成了谐波源。通常，可将谐波源分为两类，一类是以电力电子装置为代表的现代非线性设备；另一类为传统非线性设备包括变压器、旋转电机等。 （1）现代的非线性设备，主要包括各种电力电子变流装置。这类设备广泛使用于家用电器和大量工矿企业中，它们在开关投切或换向时产生的阶跃电流中含有大量谐波成分。比如荧光灯，它的电流之所以是畸变的，主要是由于在点亮状态下有感性的非线性镇流器限制了电流的变化[2]。 （2）传统的非线性设备，主要包括旋转电机、变压器等。这类设备产生的电流中之所以含有谐波成份是因为它们的铁芯在产生磁饱和时具有非线性特性。例如，旋转电机，旋转电机的线圈通电，通过电磁感应原理，产生磁动势。由于线圈是嵌入线槽内的，而线槽不会完全按照正弦分布，所以其产生的磁动势的波形不会完全是正弦波，含有大量谐波。 这两种谐波源都会向电网注入大量的谐波电流，而谐波电压的产生则是电流流经电网阻抗的结果。电力电子装置等大量现代非线性装置的广泛应用，致使其所产生的电力系统谐波比重超过了传统非线性设备，因而已成为主要的谐波源。 2谐波产生的危害
电力系统中谐波分析与治理
电力系统中谐波分析及治理 摘要：谐波问题电力系统中普遍存在，首先概述了谐波的概念、产生来源，分析谐波危害，最后从改造谐波源的角度提出了几种谐波抑制方法。 关键词：谐波;危害;治理 电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年j.c.read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。 1、谐波概念及其产生来源 1.1谐波概念 谐波是指频率为基波频率整数倍的一种正弦波。由于电网有非线性元件和非线性负载的存在，使得电网的电压或电流的波形不仅仅是频率为50hz的正弦波（又称基波），还含有与基波频率(50hz)成整数倍和分数倍频率的其他正弦波。这些正弦波就称为电网的谐波。其中频率高于基波频率的谐波叫高次谐波。对谐波频率为基波频率的分数倍时，称为分数谐波或间谐波，电力系统中的谐波主要是高次谐波。
1.2产生来源 电力系统的谐波源主要有三大类。 （1)铁磁饱和型:各种铁芯设备,如变压器、电抗器等,其铁磁饱和特性呈现非线性。 （2）电子开关型:主要为各种交直流换流装置(整流器、逆变器)以及双向晶闸管可控开关设备等,在化工、冶金、矿山、电气铁道等大量工矿企业以及家用电器中广泛使用,并正在蓬勃发展;在系统内部,如直流输电中的整流阀和逆变阀等。 （3）电弧型:各种冶炼电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间,其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性,使电流不规则的波动。其非线性呈现电弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏安特性。 2、电力系统中谐波的危害 2.1对供配电线路的危害 2.1.1 影响线路的稳定运行 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这
电力系统谐波源的种类及其特性
电力系统谐波源的种类及 其特性
一、谐波源的种类 电力系统中产生谐波的装置即谐波源，是具有非线性特性的用电设备【2】。随着大容量电力电子装置和各种非线性负载在系统中的广泛应用，其产生的谐波污染也越来越多的受到了人们的认识与关注。为了抑制系统的谐波，我们必须要了解各谐波源的特性。 1.现有的系统谐波源就其非线性特性可大致分为三种： （1）含有铁芯设备的各磁饱和装置，如变压器、电抗器等。这类谐波源在电力电子装置大量应用前是主要谐波源。 （2）电弧焊、电弧炉这种强冲击的、非线性的负载。这类谐波源不仅可以产生奇次谐波，还可以产生偶次谐波，频率范围也较大。 （3）各种电力电子换流装置。这类具有相当容量的非线性负荷是目前电力系统中最主要的谐波源。 2.谐波注入系统的方式不同谐波源分为： （1）电流型谐波源。 系统谐波源具有电流源的特性，其谐波含量取决于本身的特性与系统 参数无关，直流侧电感滤波的整流器属于电流型谐波源，如图1（a）。 （2）电压型谐波源 系统谐波源具有电压源的特性，如发电机、直流侧电容滤波的整流器 属于电压型谐波源，如图1（b）。
二、铁磁饱和装置 发电机、电动机和变压器这种带有铁芯的设备工作在磁化饱和曲线拐点的下方时，处于线性状态；当其运行在拐点上方时，其铁芯处于非线性状态，即使加以纯正的正弦电压，电流也会发生畸变。 由于发电机和电动机都是旋转电机，产生谐波的主要原因是结构问题，且产生的谐波含量有限，并在设计和制造时会得到很好的补偿。国际电工委员会规定发电机实际端电压的波形与基波的偏差在任何时刻都不得高于5%。电动机产生的谐波量一般在0.6%一下。因此发电机和电动机不是系统主要的谐波源。发电机产生的谐波电势只与其本身结构和运行状态有关，基本与系统参数无关，因此可以将其视作恒压谐波源。 在电力系统中，变压器的总容量一般为发电机总容量的4倍以上，它是系统普遍存在的谐波源。由于变压器在系统中的数量很大，因此变压器向系统注入的谐波不可忽视。在变压器正常运行的情况下，电压为额定电压，铁芯工作在线性范围内，产生的谐波含量很小。但在轻载运行时，由于负荷下降导致电压升高，铁芯的饱和程度加深，使得铁芯此时运行在非线性段，且此时的励磁电流占总电流比重较大，故产生的谐波对系统影响较大。另外当变压器流过直流时，铁芯的饱和程度会很快加重，励磁电流显著增加导致谐波含量增大。在系统出现暂态过程，变压器铁芯的磁饱和特性使得电流波形畸变的更加严重。 三、换流整流装置 目前，电力系统中最重要的非线性负荷是各种基于电力电子器件的大功率换流器。换流器本身的作用就是将电流的波形变成我们所需要的形状，这样一来换流器自身就是一个非线性的元件。加之其直流侧滤波装置的选择不同，也会以不同的方式向系统注入谐波。随着系统大功率电力电子换流装置运用的不断增多，其产生的谐波污染早已不容小视。 以直流侧分别采用电感和电容滤波的整流器为例。如图2： 图2（a）
电力系统中谐波的来源
电力系统中谐波的来源 电力系统中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类：隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮发电机。 对于谐波分量而言，隐极机优于凸极机，但随着科技进步，可控硅、IGBT等电子励磁装置的投入，使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10％以上时，由于电机的磁饱和，会使电压的三次谐波明显增加。同样在变压器的电源侧电压超过额定电压10%以上时，也会使二次侧电压的三次谐波明显增加。由于电网电压偏移在±7％以下，所以发电、变电设备产生的谐波分量都比较小，比国家的考核标准低的多，因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。 为此，影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备，也就是说非线性用电设备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类： 电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。 交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。 交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。 开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。 这些用电设备都是非线性用电设备，但它们产生的谐波各不相同，具体举例分析如下：电弧加热设备是由于电弧在70伏以上才会起弧，才会有弧电流，并且灭弧电压略低于起弧电压，造成弧电流与弧电压的非线性（如图所示）。 此外，弧电流的波形还有一定的非对称性。正是由于弧电流是非正弦波，造成电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，而且多为18次以下的低次谐波污染。其实电焊机在上世纪四、五十年代已广泛应用。由于当时电弧加热设备量少，电焊机应用的同时率就更小了，对整个电网的影响比较小，但在当时已发现在烧电焊时，局部低压电网的电压和电流变化很大，有较大的谐波影响。 交流整流直流用电设备的谐波产生的原因是由于整流设备有一个阀电压，在小于阀电压时，电流为零(如图图所示)。这类用电设备为了提供平稳的直流电源，在整流设备中加入了储能元件（滤波电容和滤波电感），从而使阀电压提高，加激了谐波的产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流，在整流设备中应用了可控硅，这使得该类设备的谐波污染更严重，而且谐波的次数比较低。 交流整流再逆变用电设备，在交流变直流过程中产生的谐波与上述的交流整流直流用电设备一样，它在直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流电流，这类设备产生的谐波分量不仅有低次谐波，也有高次谐波(如图所示)。 虽然这类设备单台容量比上述两类设备容量要小，但它的分布面广，数量多，是目前推广使用的技术手段，因此它的谐波污染应引起足够关注。 开关电源设备目前应用很广，它的工作原理是先把交流整流成直流，通过开关管控制变压器初级电流的开通和关闭，从而在变压器二次侧感应出电流，供给用电设备。此外，开关电源的频率比较高一般在40kHz左右，不仅在整流时产生谐波，而且在开关管开闭时，反射40kHz 左右的波至电源。这类用电设备同样是单台容量不大，但它是应用面最广、量最大的非线性
电力系统中谐波的危害与产生
电力系统中谐波的危害与产生 电网谐波造成电网污染，正弦电压波形畸变，使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障，情况日趋严重。本文全面论述了电力系统中谐波的危害及产生情况，希望能引起我们的高度重视。 谐波的危害电力系统中谐波的危害是多方面的，概括起来有以下几个方面： 1.对供配电线路的危害 （1）影响线路的稳定运行 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。 （2）影响电网的质量
电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40%；三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。 2.对电力设备的危害 对电力电容器的危害 当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍;对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍，但如果谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会使电容器过电流和过负荷，损耗功率超过上述值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外，谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，且由于电
在电力系统中谐波的危害
1.概述 在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，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。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。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，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。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，变频器主要产生5、7次谐波。 “谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。 到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。 谐波研究的意义，是因为谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。 2.谐波的危害 理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。 (1)增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备及其线路的温度过热，降低设备的利用率和经济效益： ①电力谐波对输电线路的影响：
讨论谐波产生的根本原因
谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，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。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、14，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz 时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。 第十章非正弦周期电流电路分析 §10.1非正弦周期函数展开成傅立叶级数 一．傅里叶级数的三角函数形式 设f(t)为一非正弦周期函数，其周期为T，频率和角频率分别为f,ω1。由于工程实际中的非正弦周期函数，一般都满足狄里赫利条件，所以可将它展开成傅里叶级数。即 其中A0/2称为直流分量或恒定分量；其余所有的项是具有不同振幅，不同初相角而频率成整数倍关系的一些正弦量。A1cos(ω1t+ψ1)项称为一次谐波或基波，A1，ψ1分别为其振幅和初相角；A2cos(ω2t+ψ2)项的角频率为基波角频率ω1的2倍，称为二次谐波，A2，ψ2分别为其振幅和初相角；其余的项分别称为三次谐波，四次谐波等。基波，三次谐波，五次谐波……统称为奇次谐波；二次谐波，四次谐波……统称为偶次谐波；除恒定分量和基波外，
其余各项统称为高次谐波。式（10-2-1）说明一个非正弦周期函数可以表示 一个直流分量与一系列不同频率的正弦量的叠加。上式有可改写为如下形式，即 当A 0，A n ,ψn 求得后，代入式(10-2-1)，即求得了非正弦周期函数f(t)的傅里叶级数展开式。 把非正弦周期函数f(t)展开成傅里叶级数也称为谐波分析。工程实际中所遇到的非正弦周期函数大约有十余种，它们的傅里叶级数展开式前人都已作出，可从各种数学书籍中直接查用。 从式（10-2-3）中看出，将n 换成(-n)后即可证明有 a -n =a n
电力系统中谐波的危害与产生(通用版)
Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 电力系统中谐波的危害与产生 (通用版)
电力系统中谐波的危害与产生(通用版)导语：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。 电网谐波造成电网污染，正弦电压波形畸变，使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障，情况日趋严重。本文全面论述了电力系统中谐波的危害及产生情况，希望能引起我们的高度重视。 谐波的危害电力系统中谐波的危害是多方面的，概括起来有以下几个方面： 1.对供配电线路的危害 （1）影响线路的稳定运行 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。