高次谐波的产生与优化控制
电力系统中谐波分析与治理
电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而，谐波问题却成为了影响电力系统质量的一个不容忽视的因素。
谐波不仅会导致电力设备的损坏，还会增加电能损耗，降低电力系统的可靠性。
因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理措施，具有十分重要的意义。
一、谐波的产生要理解谐波，首先需要了解它的产生原因。
谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。
常见的非线性负载包括各种电力电子设备，如变频器、整流器、逆变器等，以及电弧炉、荧光灯等。
以变频器为例，它通过对电源进行快速的通断控制来实现对电机转速的调节。
在这个过程中，电流和电压的波形不再是标准的正弦波，而是包含了各种频率的谐波成分。
整流器在将交流电转换为直流电的过程中，由于其工作特性，也会产生谐波。
同样，电弧炉在工作时，电弧的不稳定燃烧会导致电流的剧烈变化，从而产生谐波。
二、谐波的危害谐波的存在给电力系统带来了诸多危害。
对电力设备而言，谐波会使变压器、电动机等设备产生额外的损耗，导致设备发热增加，缩短使用寿命。
对于电容器来说，谐波电流可能会使其过载甚至损坏。
在电能质量方面，谐波会导致电压和电流波形的畸变，使电能质量下降，影响用电设备的正常运行。
例如，对于计算机等精密电子设备，谐波可能会引起数据丢失、误操作等问题。
此外，谐波还会增加电力系统的无功功率，降低功率因数，从而增加线路损耗和电能浪费。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，首先需要对其进行准确的分析。
目前，常用的谐波分析方法主要有傅里叶变换、小波变换和瞬时无功功率理论等。
傅里叶变换是谐波分析中最常用的方法之一。
它可以将一个复杂的周期性信号分解为不同频率的正弦波分量，从而得到各次谐波的幅值和相位信息。
然而，傅里叶变换在处理非平稳信号时存在一定的局限性。
小波变换则能够很好地处理非平稳信号，它通过对信号进行多尺度分析，可以更准确地捕捉到信号在不同时间和频率上的特征。
变频器谐波分析及故障处理
故障维修·变频器谐波分析及故障处理doi:10.16648/ki.1005-2917.2019.04.078变频器谐波分析及故障处理吴长品（楚雄滇中有色金属有限责任公司，云南楚雄 675000）摘要：本文主要介绍变频器谐波产生的原理、变频器受到谐波干扰的故障及其它变频器常见的故障处理方法。
关键词：谐波；干扰；故障处理引言近年来，由于生产工艺的改进、企业对低成本的最求以及国家对节能降耗的要求，生产企业很多设备要求使用变频器调速。
但在变频器使用过程中经常会遇到变频器谐波干扰，进而导致设备出现故障。
本文主要讲述了变频器谐波产生的原理，通过介绍我厂高低压变频器调试过程中的遇到的故障问题来分享变频器受到谐波干扰的故障故障处理方法。
1. 变频器谐波产生原理及预防措施1.1 变频器谐波产生原理变频器的主电路大多为交–直–交构成，即交流整流成直流，再由直流变成交流，从外部输入到电网中的工频（中国采用的是50Hz）电源，通过三相桥式进行整流，通过整流变为直流，然后进行叠加，接着再通过滤波电容进行滤波以及率晶体管逆变最后获得频率可变的交流电源，在整流、逆变的过程中，会产生一定量的高次谐波。
所谓的谐波就是除了与电网基础波形频率相同的非正弦电量分量外，还存在一部分（略大于）大于电网基波频率的分量，这种分量就是我们所称的谐波。
一般情况，我们可以将谐波频率与基波频率的比值定义为谐波次数。
对变频器来讲，这种谐波就是一个干扰量。
1.2 谐波干扰途径变频器谐波干扰的途径主要有两种，分别是传导和辐射。
在进行传导的过程之中，和变频器输出线相距较近的平行敷设导线就会产生电磁耦合，进而会产生干扰。
另外，变频器所产生的谐波还会形成辐射，进而对起附近的电仪设备带来干扰。
1.3 抑制谐波干扰的措施1.3.1 在变频器输入侧的措施：（1）将将变频器的供电电源和其他设备的电源隔离开来，相互独立，或者是安装隔离设备将谐波电流切断。
（2）加装交流电抗器。
电力系统中的谐波及其抑制措施
电力系统中的谐波及其抑制措施谐波是电力系统中常见的一种电信号，它是由电力系统中非线性设备引起的。
谐波会导致电力系统不稳定、设备损坏和通信干扰等问题，因此谐波的抑制是电力系统设计和运行中的重要问题。
谐波的产生原理是电力系统中的非线性元件（如整流器、变频器、电弧炉等）在电压或电流作用下，产生不对称的电压或电流波形，导致谐波频率的波形在电力系统中传播和扩散。
常见的谐波频率包括3次、5次、7次等奇次谐波，以及2次、4次、6次等偶次谐波。
谐波对电力系统的影响包括以下几个方面：1.电力系统不稳定：谐波产生的电压波形失真会导致电力系统的电压稳定性下降，可能导致设备的过电压或欠电压现象，进而影响到电力系统的正常运行。
2.设备损坏：谐波电流会导致电力设备内部的电机、变压器等元件温度升高，进而影响到设备的寿命和可靠性。
3.通信干扰：谐波会在电力线上传播，通过电网对通信系统产生干扰，降低通信系统的传输质量。
为了抑制谐波，可以采取以下几种措施：1.使用谐波滤波器：谐波滤波器是一种专门用于抑制谐波的滤波器。
它可以根据谐波频率的不同，选择相应的滤波器进行安装，从而削弱或消除谐波成分。
2.控制负载谐波含量：减少非线性装置的使用，或者采用符合电力系统标准的电气设备，可以降低谐波的产生和传播。
3.设备绝缘和保护：合理选择电力设备的额定容量和绝缘等级，增加设备的绝缘保护，提高设备的抗谐波能力。
4.进行谐波分析和监测：对电力系统中的谐波进行分析和监测，及时了解谐波的产生和传播情况，以便采取相应的措施进行调整和优化。
5.增加电力系统的容量和稳定性：通过增加线路容量、改善电力系统的稳定性，可以降低谐波对电力系统的影响。
综上所述，谐波是电力系统中的一个重要问题，对电力系统的稳定性和设备的正常运行产生不利影响。
通过采取谐波滤波器、控制负载谐波含量、设备绝缘和保护、谐波分析和监测、以及增加电力系统的容量和稳定性等措施，可以有效地抑制谐波，维护电力系统的正常运行。
变频器中的谐波原理有哪些
变频器中的谐波原理有哪些变频器是一种用来控制交流电机转速的电子设备。
它能够改变电机的输入频率，以此来控制电机的转速。
在变频器中，会产生一些谐波，谐波对电机和电网系统都会造成一定的影响。
因此，了解变频器中谐波的原理对于正确使用和维护变频器至关重要。
变频器中产生谐波的原理主要包括以下几个方面：1. PWM调制：在变频器中，通常采用PWM（脉宽调制）技术来控制输出电压。
PWM调制会产生丰富的谐波成分，特别是高次谐波。
这是因为PWM技术是通过将直流电压按照一定的频率开关来控制输出电压的，这样就会产生大量的高频成分。
2. 电容滤波器：在变频器的输出端通常会安装电容滤波器，用来减小PWM调制产生的谐波。
然而，电容滤波器并不能完全消除谐波，它只能将一部分谐波通过并降低幅值。
同时，电容滤波器本身也会对系统产生影响，比如引起谐波失真等问题。
3. 电机本身：变频器驱动的电机会对输出的电压和频率有一定的要求。
当变频器输出的波形不符合电机要求时，电机本身就会产生谐波。
特别是在低速运行时，因为转子频率较低，会引起磁通波动，产生谐波。
4. 系统谐波：变频器输出端接入的设备也会对谐波产生影响。
比如在变频器驱动的系统中接入了变压器、变压器接地、照明负载等，这些设备都会对谐波产生敏感影响。
在变频器中，各种类型的谐波会对系统产生一些不利影响：1. 电网影响：变频器输出的谐波会污染供电电网，引起负载侧其它用户产生问题。
比如产生电网频率剧烈波动、电压谐波过大等问题，这会对电网系统的稳定性和可靠性造成影响。
2. 电机影响：谐波对电机的影响包括增大了电机的温升和损耗、加大了绝缘老化的速度等。
特别是高次谐波，它们对电机的影响更为严重。
3. 控制系统影响：谐波对变频器控制系统产生瞬时波动，可能导致系统控制不稳定。
比如在控制电机转速和力矩时，谐波会引起不可预知的扰动，造成系统的运行不稳定。
为了解决变频器中谐波问题，我们需要采取一些措施来降低谐波对系统造成的影响：1. 滤波措施：可以通过安装谐波滤波器、有源滤波器等设备来降低变频器输出的谐波。
电力电子中的谐波问题如何解决？
电力电子中的谐波问题如何解决？在当今的电力系统中，电力电子技术的广泛应用带来了诸多便利和效率提升，但同时也引发了一个不容忽视的问题——谐波。
谐波的存在不仅会影响电力设备的正常运行，还可能导致电能质量下降，增加能耗，甚至危及整个电力系统的安全稳定。
那么，如何有效地解决电力电子中的谐波问题呢？要解决谐波问题，首先我们得明白谐波是怎么产生的。
电力电子设备在工作时，由于其非线性的特性，会使得电流和电压的波形发生畸变，从而产生谐波。
比如常见的整流器、逆变器、变频器等，它们在将交流电转换为直流电或者改变交流电的频率和电压时，就容易引入谐波。
既然知道了谐波的来源，那我们就可以有针对性地采取措施来减少谐波的产生。
一种常见的方法是优化电力电子设备的设计。
通过改进电路结构、采用更先进的控制策略以及选择合适的电力电子器件，可以在源头上降低谐波的含量。
例如，在整流电路中，采用多脉冲整流技术，如 12 脉冲、18 脉冲甚至更高脉冲数的整流，可以显著减少谐波的产生。
另外，增加滤波装置也是解决谐波问题的重要手段。
滤波装置可以分为无源滤波器和有源滤波器两大类。
无源滤波器通常由电感、电容和电阻等元件组成，通过谐振原理对特定频率的谐波进行吸收和抑制。
这种滤波器结构简单、成本较低，但存在滤波效果受系统参数影响较大、可能与系统发生谐振等缺点。
相比之下，有源滤波器则具有更好的滤波性能和适应性。
它能够实时检测电网中的谐波电流，并产生与之大小相等、方向相反的补偿电流，从而有效地消除谐波。
有源滤波器虽然性能优越，但成本相对较高，在一些对电能质量要求极高的场合应用较为广泛。
除了在设备端采取措施，合理的系统规划和运行管理也有助于减轻谐波的影响。
在电力系统的设计阶段，就应该充分考虑谐波的问题，合理分配负载，避免谐波源集中在某一区域。
同时，加强对电力设备的运行监测，及时发现和处理谐波超标问题，也是保障系统稳定运行的重要环节。
此外，提高电力用户的谐波意识也非常重要。
谐波治理的原理
谐波治理的原理谐波治理是一种针对电网谐波问题的技术措施。
在电力系统中，谐波是指频率是基波频率的整数倍的电压和电流成分，它们会引起电网中的谐波电压和电流增加，从而导致设备的过热、损坏，影响电网的安全稳定运行。
谐波治理的原理主要包括：谐波发生的机理、谐波产生与传输的特性以及谐波的抑制方法。
首先，谐波发生的机理主要涉及非线性负载的存在。
例如，电力电子设备（如变流器、电力电子变压器等）的普及应用，导致电网中存在大量非线性负载。
这些非线性负载的工作特性决定了它们电流与电压之间存在非线性关系，产生的电流包含了频率是基波频率的整数倍的谐波分量。
接着，谐波的产生与传输的特性主要与电网的拓扑结构有关。
电网中存在大量的线路与变压器，谐波电流在传输过程中会经过这些元件，导致电压波形被扭曲，且谐波电流的影响范围会扩散到整个电网中。
基于以上的分析，谐波治理的方法主要包括以下几个方面：1. 谐波源的控制：在电网中，非线性负载是主要的谐波源。
为了降低谐波电流的产生，可以通过优化非线性负载的设计和选择，减小它们的谐波电流分量。
2. 谐波发生源的隔离：对于谐波较大的设备或非线性负载，可以将其与电网隔离，使用独立供电或者采用特殊设备来加以管理。
3. 电网设备的优化设计：通过优化电网的拓扑结构，减小电缆和变压器等设备的阻抗，降低谐波电流的影响，减少谐波电压的产生。
4. 谐波滤波器的应用：谐波滤波器是一种针对谐波电流或电压进行补偿的装置。
它可以通过选择合适的电抗元件，抵消谐波电流分量，从而降低谐波电压。
5. 谐波控制计算机的使用：谐波控制计算机是一种自动化管理谐波的技术手段。
通过对电网进行全面的监测和分析，可以根据实际情况进行合理的调整和优化，达到谐波治理的效果。
总之，谐波治理的原理是在深刻理解谐波的产生和传输机理的基础上，采取不同的方法和手段，从源头上减小谐波的产生，降低谐波对电网运行的影响，确保电网的安全稳定运行。
谐波治理需要综合考虑电网的特性和需求，在设计和运行中充分考虑谐波问题，采取相应的措施进行处理，以提高电网的电能质量和运行可靠性。
大型异步电动机起动引起电网暂态过程中的高次谐波分析
大型异步电动机起动引起电网暂态过程中的高次谐波分析在大型异步电动机起动时，会引起电网暂态过程中的高次谐波。
高次谐波是指频率高于基波频率的谐波分量，其频率一般在2kHz以上。
高次谐波对电网和电力系统的影响主要体现在以下几个方面：1.电网电压畸变：由于电机起动时的高次谐波分量，会导致电网中的电压波形出现畸变。
这些高次谐波会加剧电压波形的不纯度，造成电器设备的额定工作电压超过限值，从而影响设备的正常运行。
2.电网谐波电流：由于电机起动引起的高次谐波，可能会在电网中产生谐波电流。
这些谐波电流会导致电网中的电流波形不纯，造成功率损耗增加、变压器运行温升过高等问题。
3.电网谐波频率：电机起动引起的高次谐波频率一般在2kHz以上，可能与电网系统中的谐波频率相互叠加，形成新的高次谐波频率。
这些高次谐波频率可能与电网中其他设备的谐振频率相吻合，导致共振现象的发生，损坏设备。
为了减小电机起动引起的高次谐波对电网的影响，可以采取以下措施：1.定期检测电机：定期对电机进行检测，了解电机的运行状况，及时发现并修复电机中的故障，减小对电网的影响。
2.安装谐波滤波器：在电机的供电端安装谐波滤波器，可以有效滤除电机起动引起的高次谐波分量，减小对电网的影响。
3.提高电机的起动控制精度：合理调整电机的起动控制参数，减小电机起动时瞬时电流的突变，从而减小高次谐波的产生。
4.优化电力系统结构：对电力系统进行结构优化，合理布置变电站和电源负荷，减小电网中的谐波污染，并优化电网的谐振频率。
综上所述，大型异步电动机起动引起的电网暂态过程中的高次谐波分析是一项重要的研究内容。
通过合理的措施和优化方案，可以减小电机起动引起的高次谐波对电网的影响，保证电力系统的正常运行。
电力系统中谐波分析与治理
电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而，谐波问题却成为了影响电力系统性能的一个重要因素。
谐波的存在不仅会降低电能质量，还可能对电力设备造成损害，增加能耗，甚至影响整个电力系统的安全稳定运行。
因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理措施，具有极其重要的意义。
一、谐波的产生谐波是指频率为基波频率整数倍的正弦波分量。
在电力系统中，谐波的产生主要源于以下几个方面：1、非线性负载电力系统中的许多负载，如电力电子设备（如变频器、整流器、逆变器等）、电弧炉、荧光灯等，其电流与电压之间不是线性关系，从而导致电流发生畸变，产生谐波。
2、电力变压器变压器的铁芯饱和特性会导致磁化电流出现尖顶波形，进而产生谐波。
3、发电机由于发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，以及铁芯的不均匀等因素，也会产生少量的谐波。
二、谐波的危害谐波对电力系统的危害是多方面的，主要包括以下几点：1、增加电能损耗谐波电流在电力线路中流动时，会增加线路的电阻损耗和涡流损耗，导致电能的浪费。
2、影响电力设备的正常运行谐波会使电机产生额外的转矩脉动和发热，降低电机的效率和使用寿命；对电容器来说，谐波可能导致其过电流和过电压，甚至损坏；对于变压器，谐波会增加铁芯损耗和绕组的发热。
3、干扰通信系统谐波会产生电磁干扰，影响通信设备的正常工作，导致信号失真、误码率增加等问题。
4、降低电能质量谐波会使电压和电流波形发生畸变，导致电压波动、闪变等问题，影响供电的可靠性和稳定性。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，首先需要对其进行准确的分析和测量。
常见的谐波分析方法主要有以下几种：1、傅里叶变换这是谐波分析中最常用的方法之一。
通过对周期性信号进行傅里叶级数展开，可以得到各次谐波的幅值和相位。
2、快速傅里叶变换（FFT）FFT 是一种快速计算傅里叶变换的算法，大大提高了计算效率，适用于对大量数据的实时分析。
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高次谐波的产生与优化控制
【摘要】：随着激光技术的不断发展,激光脉冲的宽度越来越窄。
从早期的连续光、纳秒脉冲、皮秒脉冲一直到现在的飞秒脉冲,以及近年来正在研究之中的阿秒脉冲,标志着激光与物质的相互作用正在不断地进入新的领域。
由于超快激光脉冲不仅在物理学的研究中有着重要作用(如跟踪原子的超快驰豫过程),而且在其它领域也有着非常广泛的应用(如超高速半导体设备检测,跟踪化学反应过程以及外科手术等)。
因此,超短脉冲的发展,无论对于科学研究还是应用领域,都具有非常重要的意义。
目前,阿秒脉冲的获得主要是通过高次谐波产生。
本论文围绕提高高次谐波的产生效率以及通过平台区超连续谱的产生进一步优化控制单个阿秒脉冲这两个方面展开了详细讨论。
主要包括以下几个方面:1.实验研究了高次谐波产生的相位匹配控制。
应用了操控电场可以有效改变电子的电离、加速运动和复合这一原理,在实验上通过加入一个新的弱电场,改变相互作用区域气体的电离程度,调控高次谐波产生的相位匹配气压条件,从而有效提高了单次谐波的产生效率。
此外,还证明了通过精密控制基波与谐波的强度以及激光聚焦的共焦参数,可以有效的优化控制这一相位匹配过程。
这种全光、精密、且实时可控的新型方案也可用于后期紫外光梳的优化与控制。
2.理论证明了通过调节双色激光场间的相位延时、谐波强度、脉冲宽度,以及使用恰当的强度比,可在高次谐波平台区产生波段连续可调的极紫外超连续谱,并可进行有效的实时精密控制。
再由此推得类似的基
波和三次谐波构成的双色场也可有效产生平台区超连续谱,并分析了比较了这两种双色场之间的优缺点,为以后的实际应用奠定了坚实的基础。
3.理论证明了通过三色脉冲合成,可将波段连续可调的高次谐波平台区超连续谱的产生进一步提升到高频波段.实现了在产生高频单个阿秒脉冲的同时,大大提高它的能量转化效率(比截止区超连续谱的强度高约五个数量级),为单个阿秒脉冲的实际应用和优化控制提供了另一种新型有效的方法。
4.在实验上证实了周期量级飞秒啁啾脉冲可以有效的在高次谐波的平台区产生超连续谱。
频率啁啾和相位匹配气压共同决定了平台区超连续谱的产生,强度以及它的光谱范围。
另外,通过改变周期量级飞秒激光脉冲的啁啾,获得了多种不同形式的高次谐波产生,包括超连续谱、偶次谱、干涉谱、分立谱等等。
通过脉冲的时域相位测量,确定了脉冲啁啾和各种形式高次谐波产生的关系,为高次谐波后期的实际应用提供了一种便捷有效的方法。
【关键词】：高次谐波相位匹配平台区超连续谱双色场啁啾自引导效应周期量级飞秒激光脉冲
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN241
【目录】：论文摘要7-9ABSTRACT9-14第一章前言14-391.1高次谐波研究的重大意义14-151.2高次谐波的研究进展15-341.2.1驱动光源的进展15-191.2.2理论研究的进展19-271.2.2.1微观单原子模型22-251.2.2.2宏观传播模型25-271.2.3实验研究的进展27-341.2.3.1双色场调控高次谐波的产生27-281.2.3.2脉冲整形提高单次谐波的产生效率28-291.2.3.3偏振时间门获得超连续谱产生29-311.2.3.4相位匹配的高次谐波产生31-321.2.3.5啁啾脉冲调制谐波间的能量分配321.2.3.6高次谐波产生的自引导效应32-341.2.3.7高次谐波中的长短电子轨迹选择341.3阿秒脉冲的研究进展34-361.4选题的意义、论文的主要工作及创新点36-391.4.1选题的意义36-371.4.2论文的主要工作37-381.4.3论文的创新点38-39第二章高次谐波的产生和测量装置39-522.1驱动光源介绍39-452.1.1激光器性能参数介绍39-412.1.2周期量级飞秒激光脉冲的获得41-452.2产生装置介绍-靶室45-462.3测量装置介绍-X射线平场光谱仪46-482.4谱仪定标48-52第三章高次谐波的相位匹配控制研究52-613.1实验装置和实验参数介绍52-543.2实验结果与分析54-583.2.1不同级次谐波的强度与气压的关系54-553.2.2不同级次谐波的发散角与气压的关系55-573.2.3谐波强度和发散角与延时的关系57-583.3数值分析讨论58-603.3.1气体盒子中的相位匹配分析583.3.2谐波的相位匹配控制58-593.3.3谐波相位匹配控制的优缺点分析59-603.4小结60-61第四章合成场中高次谐波平台区超连续谱的产生及其优化控制61-774.1基波与二次谐波构成的双色场产生的平台区超连续谱62-674.1.1物理图像分析624.1.2数值
模型与计算方法62-644.1.3计算结果与分析讨论64-674.1.3.1电子返回动能与电子复合时间的关系65-664.1.3.2时间频率分析66-674.2基波与三次谐波构成的双色场产生的平台区超连续谱67-684.2.1数值模拟结果67-684.2.2两种双色场产生平台区超连续谱的比较分析684.3三色场下平台区超连续谱的产生及其优化控制68-764.3.1理论分析68-714.3.2数值模拟结果与分析讨论71-734.3.2.1三种激光场下高次谐波光谱特征的比较分析71-734.3.2.2三色场中各个谐波的作用分析734.3.3三色场下平台区超连续谱的优化与控制73-764.3.3.1降低基波与谐波脉宽-降低扩展区域下限方案73-744.3.3.2改变脉冲间强度比例-提高扩展区域上限方案74-754.3.3.3提高谐波级次-缩短辐射时间间隔方案75-764.4小结76-77第五章周期量级飞秒啁啾脉冲下的高次谐波产生77-885.1实验装置及实验过程描述77-785.2实验结果及分析讨论78-815.2.1谐波强度随气压的变化78-795.2.2谐波发散角随气压的变化79-815.3改变啁啾验证实验结果81-875.3.1实验装置调整及实验过程描述815.3.2实验结果及分析讨论81-875.3.2.1光斑及光谱的变化82-845.3.2.2spider测得的脉冲截面和脉冲相位84-875.4小结87-88第六章总结与展望88-90参考文献90-102攻读博士学位期间发表论文及申请专利102-104致谢104 本论文购买请联系页眉网站。