电网内电压波形畸变与电力谐波
10kV母线电压互感器二次电压畸变问题的分析
10kV母线电压互感器二次电压畸变问题的分析摘要：针对某110kV变电站10kV母线电压互感器电压波形异常问题，本文根据问题的实际情况进行原因排查，采用电能质量分析方法，从谐波的角度进行分析，通过谐波测试结果的比对，最终得出导致电压畸变问题的原因，并提出相应的解决建议。
关键词：电压波形；电压畸变；谐波；电能质量引言：在理想的情况下，电压波形是恒定频率和恒定波形的正弦波形。
而在实际中，当电力系统运行时产生了谐波，电压波形不再保持理想的正弦变化波形，这个时候就产生了电压畸变问题。
因此，想要找出导致电压畸变的原因，就必须从谐波产生的途径入手。
通过对谐波进行测试，对比分析测试结果，从而找到电压畸变的根源，才能对症下药。
1 电网谐波的产生电网谐波主要由发电设备、输配电设备以及电力系统非线性负载等三个方面引起。
1.1 发电设备产生的谐波电网中的发电设备主要是发电机，发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，由于制作工艺影响，其铁心也很难做到绝对的均匀一致，加上发电机的稳定性等其他一些原因，会产生一些谐波，但一般来说相对较少。
1.2 输配电设备产生的谐波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。
1.3 非线性负载产生的谐波由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波，主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。
2 某110kV变电站10kV母线电压互感器电压波形异常分析根据谐波产生的原因的分析，现针对某110kV变电站10kV母线电压互感器（简称PT）电压波形异常这一问题进行分析。
导致该变电站10kV母线电压互感器电压波形畸变的原因可能是以下几个方面：2.1 非线性负载导致的电压波形畸变某110kV变电站负荷最大的供电线路为某110kV专线线路，该线路的用户是一个风电发电站。
1、高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变,另外相同频率的谐波电压和谐波电流要产生同次谐波的有功功
1、高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波电压和谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，增加线路损耗，浪费电网容量，
2、影响供电系统的无功补偿设备，谐波注入电网时容易造成变电站高压电容过电流和过负荷，在谐波场合下，电容柜无法正常投切，更严重的请况下，电容柜会将电网谐波进一步放大。
3、影响设备的稳定性，尤其是对继电保护装置，危害特大。
4、谐波的存在会造成异步电动机效率下降，噪声增大；使低压开关设备产生误动作；对工业企业自动化的正常通讯造成干扰，影响电力电子计量设备的准确性。
????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。
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力系统中谐波的危害与产生谐波指的是频率为基波频率的倍数的电信号成分，在电力系统中的原因有很多，比如电力设备的非线性负载、电子设备的交流-直流变换等。
虽然谐波信号的功率一般较低，但由于其具有频率较高、波形失真的特点，对电力系统和电力设备的运行安全和电能质量造成了一定的影响和危害。
一、对电力设备的危害1.导致设备过热：谐波信号导致电流和电压波形失真，使电力设备的磁路饱和，导致设备出现额外的损耗，产生额外的热量，从而导致设备过热、老化、性能降低。
2.损害设备绝缘：谐波会提高设备绝缘材料的介质损耗角正切值，使设备的绝缘等级下降，从而导致电气设备的绝缘性能降低。
3.损伤电动机：谐波信号会使电动机的转矩波形失真，加剧机械振动，引起转子的加速损伤或者负载不平衡问题，从而降低电动机的性能。
4.降低电力设备的寿命：谐波会使电力设备的运行稳定性降低，电力设备的寿命也随之降低。
二、对电能质量的危害1.导致电能损耗：谐波会使电能的传输损耗增大，电能的利用效率降低，从而造成电能浪费。
2.引起电压波动：谐波会使电源电压的总谐波畸变THD值增大，从而导致电源电压的变化、波动明显。
3.引起电流不平衡：谐波信号会加剧相间电流之间的差异，导致电流的不平衡问题，从而影响电力系统的运行稳定性和性能。
4.影响电力系统的稳定性：谐波会使电力系统的总谐波畸变THD值较大，从而影响电力系统的稳定性和电能质量。
为减小谐波的危害，可采取以下措施：1.选择适当的电力设备，如交流电动机、逆变器、电子变压器等，以减小非线性负载对电力系统产生的谐波。
2.配置滤波器装置，用于消除电力系统中的谐波信号。
3.加强电力设备的维护与管理，延长设备的寿命，减少谐波产生的数量。
4.优化电力系统的运行参数，如改善电力系统的谐波阻抗，减小电力系统的谐波电流等。
电网电力谐波
一、电网谐波来源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,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,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次、７次谐波,平均可达基波的8% 、20%，最大可达45%。
电力系统中谐波的危害与产生（三篇）
电力系统中谐波的危害与产生电力系统中的谐波是由于电力设备的非线性特性引起的。
在电力系统中，谐波的危害包括对电力设备的损坏、电能质量的恶化以及对用户的影响等方面。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
谐波对电力设备的损坏是谐波危害的主要方面之一。
谐波会引起设备的绝缘老化、过热、机械振动等问题。
尤其是对于变压器和电动机等设备来说，由于谐波的存在会引起电流和电压的畸变，导致设备的工作效率下降，甚至引发设备的故障和停机。
此外，谐波还会引起电容器的谐振和过电压问题，增加电力设备的工作负荷，缩短其使用寿命。
谐波对电能质量的恶化也是谐波危害的重要方面之一。
谐波会导致电能质量的下降，主要表现为电压和电流的畸变，波形失真，功率因数的下降等。
这不仅会影响电力设备的正常工作，还会对电力系统的稳定性和可靠性造成影响。
谐波还会引起电力设备的谐振现象，导致设备振动，造成噪音污染，影响人们的生活质量。
谐波对用户的影响主要体现在电力质量的下降和对电子设备的损坏。
谐波会引起电压的波动和电流的畸变，导致电子设备的正常工作受到干扰，增加设备的故障率，降低设备的使用寿命。
尤其是对于一些对电力质量要求较高的用户来说，如计算机、通讯设备、医疗设备等，谐波对其正常工作的影响更为显著。
此外，谐波还会导致电能的浪费，增加用户的用电成本。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
非线性负载是产生谐波的主要原因之一。
非线性负载如电子设备、电力电子器件等在工作过程中会产生非线性电流，其含有大量谐波成分。
此外，电力设备的设计及运行也会引起谐波的产生，如电容器的谐振，变压器的匝间谐振等。
而电网的接地情况也会影响谐波的产生和传播，如电网的接地方式不当会引起谐波回流和间接接触问题。
为了减少谐波的危害，需要采取一系列的措施。
首先，可以通过合理选择电力设备和设备的工作参数来降低其谐波产生的概率。
其次，可以采用滤波器等设备对谐波进行抑制和补偿。
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。
电力系统谐波的研究与治理
分析方法包括：频域分析、时域分析和统 计方法等。
分析过程中需要考虑电力系统的运 行状态、负荷特性和设备参数等因 素，以便更准确地分析谐波的影响 。
03
电力系统谐波治理方案
无源滤波器
总结词
无源滤波器是一种常见的谐波治理方案，具有结构简单、运行可靠、成本低等优 点。
详细描述
无源滤波器主要由电感、电容和电阻组成，通过设计合理的电路参数，可以滤除 电力系统中的谐波电流。无源滤波器通常安装在电力系统中，对特定频率的谐波 电流进行滤除，同时还可以改善系统的功率因数。
有源滤波器
总结词
有源滤波器是一种先进的谐波治理方案，能够实时监测和补 偿电力系统中的谐波电流。
详细描述
有源滤波器通过采样和计算，实时监测系统中的谐波电流， 并产生相应的补偿电流进行抵消。有源滤波器具有灵活性和 可扩展性，可以同时补偿多个谐波频段，对谐波电流进行动 态跟踪和补偿。
混合滤波器
总结词
混合滤波器是一种综合方案，结合了无源滤波器和有源滤波器的优点，具有更高的治理效果和更低的成本。
未来发展趋势
智能化发展
随着人工智能和大数据技术的进步，电力系统谐波治理将更加智 能化，包括智能检测、智能分析和智能控制等方面。
模块化与集成化发展
未来电力系统谐波治理将更加注重模块化和集成化，以提高治理 效果和降低成本。
绿色环保发展
随着环保意识的提高，电力系统谐波治理将更加注重绿色环保，减 少对环境的影响。
该电网公司采用了无源滤波器、有源 滤波器、静止无功补偿装置等多种技 术手段进行治理。其中，无源滤波器 主要针对特定频率的谐波进行滤除， 有源滤波器则主动消除谐波，而静止 无功补偿装置则用于动态调节无功功 率。
电力系统中的谐波分析技术及应用教程
电力系统中的谐波分析技术及应用教程简介：在电力系统中，谐波分析技术被广泛应用于电力质量监测与评估、设备故障诊断与排除、谐波滤波器的设计等方面。
本文将介绍电力系统中谐波分析的基本原理、常用的谐波分析方法以及谐波分析在电力系统中的应用。
一、谐波分析的基本原理1.1 谐波的概念谐波是指波形与基波具有相同频率但具有不同幅值和相位的波形。
在电力系统中，谐波是由非线性负载和电力设备引起的。
常见的负载谐波包括电弧炉、变频器、电子设备等。
1.2 谐波分析的原理谐波分析的基本原理是将电力系统中的电压和电流信号经过傅里叶变换，将复杂的波形分解为一系列的正弦波，然后通过计算得到各个谐波分量的频率、幅值和相位。
根据这些参数，可以评估电力系统中的谐波程度，进而采取相应的措施进行修复或优化。
二、谐波分析方法2.1 快速傅里叶变换（FFT）快速傅里叶变换是最常用的谐波分析方法之一，它可以将时域信号转换为频域信号。
通过FFT分析，可以得到电力系统中各个谐波分量的频率、幅值和相位，并进一步计算谐波总畸变率（THD）等参数。
FFT算法的优势在于高速、高效，并且可以利用现有的计算平台进行实时分析。
2.2 小波变换小波变换是一种时频分析方法，可以同时提供时间域和频域信息。
相比于FFT，小波变换在时域和频域的分辨率上更具优势，能够更准确地分析瞬态过程和短时谐波。
小波变换在电力系统中的应用越来越广泛。
2.3 自适应滤波器法自适应滤波器法结合了信号处理和协方差分析原理，可以自动识别和消除电力系统中的谐波。
通过建立自适应滤波器，可以实时跟踪电力系统中的谐波分量，并对其进行有效的滤波补偿。
自适应滤波器法在电力系统的谐波控制中具有重要的应用价值。
三、谐波分析在电力系统中的应用3.1 电力质量监测与评估谐波对电力质量产生显著的影响，会导致电压波动、电流畸变、设备损坏等问题。
通过谐波分析，可以准确评估电力系统中的谐波情况，及时发现潜在问题，并采取措施改善电力质量。
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3Id
(sin 1t
1 5
sin
51t
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sin
71t
1 11
sin
111t
1 13
sin
பைடு நூலகம்
131t
)
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（2）控制角不为零时 电流为波宽120o的缺口矩形波，缺口宽度为 60o。 谐波含有率1/h。 基波电流相位落后电压，功率因数<1，吸取无功
U d
12脉动整流器，只含12k±1次谐波。
特征谐波：
h kp1
三、电弧炉
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谐波电流含量基本决定于它本身的 特性和工作状况以及施加给它的电压， 而与电力系统的参数关系不大，因此 常被看作谐波恒流源。 一、磁饱和装置 铁芯的非线性化磁化特性引起谐波。 各种铁芯设备,如变压器、电抗器、 电机等。
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6波形畸变与电力谐波
二、整流装置
AC/DC整流器、DC/AC逆变器以及变频设备等。
1.单相全控桥式整流器
1）直流侧电感足够大，电流波 形是连续的交变方波，正负半周 的波形完全相同，幅值相等。
谐波含有率1/h。
i(t)
4Id
(sin 1t
1 3
sin
31t
1 h
sinh 1t
)
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2）直流侧电感量不够大， 则电流将出现断续。
3）当负载为蓄电池、 直 流电动机等带有反电动势
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6波形畸变与电力谐波
一、几个概念：
1. 谐波：基波频率的整数倍。 2. 间谐波和次谐波：有些用电负荷会出现非工频频率整数倍
的周期性电流的波动，又称为分数谐波，或称为间谐波。 频率低于工频的间谐波又称为次谐波。 3. 谐波和暂态现象：暂态和谐波是两个完全不同的现象，它 们的分析方法也是不同的。暂态过程高频分量与系统的基 波频率无关。 4. 短时间谐波：对于短时间的冲击电流（变压器空载合闸）， 将包含短时间的谐波和间谐波电流，称为短时间的谐波电 流或快速变化谐波电流，应与电力系统稳态和准稳态谐波 区别开来。 5. 陷波：换流装置在换相时，会导致电压波形出现陷波或称 换相缺口，不属于谐波范畴。
I1
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6波形畸变与电力谐波
三、非正弦电路的功率和功率因数
1、正弦电压、电流
P UI cos Q UI sin
无功功率物理意义为能量互换的最大规模，并不消耗电能
2、非仅正同弦频电率压的、电电压流和电P流才T1能T0 构uid成t 有 功h 功U率h I，h c不os同h频率的电压和电流
不构成有功功率
定义无功
Q f U hI h sin h
h
Qf没有正弦波情况下能量交换的最大量度等明确的物理意义，
某谐波可能出现感性无功功率 ，而另一次谐波可能出现容性无
功功率，不同频率的无功相加本身无意义。
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定义视在功率： 定义畸变功率
S UI
(U
2 h
1 T
T
3
0 ud dt
2
/ 6 uab dt
36
U cos
Ud0
cos
P
P1
3U 1 I 1
cos1
3UI 1
cos1
36
UI d
cos1
（3）考虑到实际情况，存在换相重叠角，电流变
化平滑，谐波含量较理论值有所降低
例6-1
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3. 双三相桥式整流
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二、均方根值和总谐波畸变率
M
i(t) 2Ih sin(h1t h ) h1
均方根值
I
1 T i 2 (t)dt T0
M
I
2 1
I
2 h
h2
h次谐波电流（电压）的含有率 电流（电压）总畸变率 THDI
性
M
HR I h
Ih I1
100 %
Ih2
h2 100% 总畸变率描述电流时的局限
负荷时。
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6波形畸变与电力谐波
2.三相全控桥式整流器 （1）控制角为零时 电流为波宽120o的缺口矩形波， 缺口宽度为 60o。 谐波含有率1/h。 电压、基波电流同相，整流器 无功=0
U d0
1 T
T 0
ud
dt
3
/2
/ 6 uab dt
3 6U
1.35U1
ia (t)
2. 当h=3k+2时，三相电压谐波的相序都与基波的相序相反，即２、 ５、８、11等次谐波都为负序性谐波。
3. 当h=3k+3时，三相电压谐波的相序都有相同的相位，即３、６、 ９、1２等次谐波都为零序性谐波。
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6波形畸变与电力谐波
6.3供用电系统典型谐波源
非线性特性的用电设备是系统中产生 谐波的主要原因
电网内电压波形畸变与电力谐波
6.1 概述
理想电力系统要求：单一频率，单一波形（正弦），若干电 压等级的电能属性。
现代电力电子装置的大量出现，非线性负荷的使用，供电电源
与用电设备间的非线性接口电路等，都不可避免的产生很强的电流 谐波及电磁干扰(EMI)，对电力系统的安全、优质、经济运行构成 潜在的威胁，给周围电气环境带来极大的污染。 负荷（整流、逆变）、系统（HVDC、SVC等）
)(
I
2 h
)
h
h
D
S2
(P2
Q
2 f
)
一般实际情况：电压畸变小，可考虑成正弦信号，有
P UI1 cos1 Q1 UI1 sin 1
功率因数
PF
P S
UI1 cos1
UI
I1 I
cos1
1 1 THDI2
cos1
可见：功率因数受两方面影响：
① 相移功率因数，即基频电压、电流的相位差： cos1
1993年7月，国家技术监督局正式颁布了(GB/T14549—1993)《电 能质量—公用电网谐波》
本章主要内容： 波形畸变的基本概念、危害、典型谐波源、谐波放大、标准。
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6.2 波形畸变的基本概念
非线性负荷引起电流波形 的畸变，一般畸变波形是周期 的，属于谐波范畴。 畸变电流流经系统时，在系统 阻抗上产生压降，从而产生电 压畸变。
② 电流的基波分量所占比例，即电流畸变程度： I1 / I
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四、三相电路中的谐波
uah 2Uh sin(h1t h ) ubh 2Uh sin(h1t h h 120 ) uch 2Uh sin(h1t h h 120 )
1. 当h=3k+1（k=０,１,２,…）时，三相电压谐波的相序都与基波的 相序相同，即1、4、7、10等次谐波都为正序性谐波。