电网谐波分析及其建模
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。
电力系统中的谐波问题与分析技术研究
电力系统中的谐波问题与分析技术研究引言：现代社会对电力的需求越来越大，电力系统的稳定运行对于社会经济的发展至关重要。
然而，电力系统在运行过程中会面临一些问题，如谐波问题。
谐波是电力系统中的一种普遍现象，它对系统的稳定性和设备的正常运行产生了不可忽视的影响。
因此，对电力系统中的谐波问题进行深入研究和分析，提出相应的解决方法和技术手段是非常必要的。
一、谐波问题的定义与影响1. 谐波的定义谐波是指电力系统中存在的频率是基波频率整数倍的谐振现象。
电力系统中产生谐波的主要原因包括非线性负载、发电机组的谐波励磁和谐波源的接入等。
谐波问题主要表现在电压和电流波形畸变、系统损耗增加以及设备寿命缩短等方面。
2. 谐波问题的影响谐波对电力系统的影响主要体现在以下几个方面：（1）设备损坏：谐波会导致电力设备的工作电流和温度升高，进而加速设备的老化和损坏；（2）电网损失：谐波会导致电网中的有功和无功损失增加，降低系统的效率；（3）通信干扰：谐波会对通信设备产生干扰，降低通信质量和可靠性。
二、谐波分析技术为了解决电力系统中的谐波问题，需要进行谐波分析，找出谐波源，并提出相应的处理措施。
目前，谐波分析技术主要包括频谱分析和时域分析两种方法。
1. 频谱分析频谱分析是通过观察电力系统中各频率成分的振幅和相位关系，以及谐波频率分布情况来分析谐波问题。
常用的频谱分析方法包括傅里叶变换和小波变换。
（1）傅里叶变换傅里叶变换能够将信号在频域中分解成各个频率成分，并得到各频率成分的幅度和相位信息。
通过对电压或电流波形进行傅里叶变换，可以得到具体的谐波频率及其振幅，从而判断谐波的产生原因。
（2）小波变换小波变换是一种时频分析方法，能够同时提供时间和频率信息。
它通过对信号进行连续的分解，得到各个频率成分在时域和频域上的分布情况，更能反映谐波在时间上的变化特性。
2. 时域分析时域分析是通过观察电力系统中各时刻的电压和电流波形来分析谐波问题。
常用的时域分析方法包括快速傅里叶变换和窗函数法。
电网谐波分析及其建模
电网谐波分析及其建模电网谐波分析一般包括谐波检测、谐波分析和建模三个步骤。
首先，采用谐波分析仪或数据采集系统对电网进行全面的谐波检测，得到电网各节点的电压和电流波形，以及各谐波成分的幅值和相位信息。
其次，在得到谐波数据后，进行谐波分析，主要包括谐波频谱分析、谐波源识别和谐波水平评估。
通过谐波频谱分析可以了解电网谐波的频率成分和幅值情况；谐波源识别可以确定谐波产生的具体设备或负载；谐波水平评估可以评价谐波对电网设备的安全运行和电能质量的影响程度。
最后，根据谐波分析结果，建立电网谐波模型，以便对谐波进行仿真和预测，为电网的设计和运行提供参考依据。
建立电网谐波模型是电网谐波分析的关键步骤之一、电网谐波模型一般采用复数形式，可以分为节点模型和支路模型两种。
节点模型主要用于描述电网节点处的电压谐波情况，采用复数形式表示各谐波成分的相位和幅值；支路模型主要用于描述电网支路中的电流谐波情况，一般采用节点电压差法和支路等值法建立支路模型。
建立电网谐波模型的目的是为了了解电网各节点和支路上谐波的传播和衰减情况，以及谐波对电网设备的影响，进而采取相应的措施进行谐波补偿和谐波过滤。
电网谐波分析与建模在电力系统规划、设计和运行中起着重要的作用。
通过电网谐波分析和建模，可以了解电网谐波的产生和传播机理，预测潜在的谐波问题，指导电网的设计和建设；可以评估谐波对电网设备的影响，判断其安全运行的可行性；可以设计合理的谐波补偿和谐波过滤设备，提高电能质量，减小谐波对电网的危害。
因此，电网谐波分析与建模对于维护电网稳定运行和提高电能质量具有重要意义。
同时，随着电力电子设备和新能源接入电网的增多，电网谐波问题也日益突出，电网谐波分析和建模的研究和应用将变得越发重要。
电动汽车充电站建模与谐波分析报告
电动汽车充电站建模与谐波分析报告一、引言随着全球对环境保护的日益重视，电动汽车作为一种低碳、环保的交通工具，其使用率逐年增长。
而为了满足电动汽车用户的充电需求，电动汽车充电站成为一个重要的基础设施。
本报告将以电动汽车充电站建模与谐波分析为主题，对电动汽车充电站的电气系统进行建模，并对其谐波产生的影响进行分析。
二、建模1.建模目的2.建模方法电动汽车充电站的建模采用系统工程方法，按照从整体到部分、从宏观到微观的原则，对电动汽车充电站的电气系统进行层次化建模。
建模过程中应考虑充电站内部负载的特点和用户需求的变化，以保证充电站的电气系统能够满足用户的需求。
3.建模内容电动汽车充电站的电气系统建模包括主要的输电系统、变电系统、配电系统和充电设备等。
其中，输电系统负责将电力从电网输送到充电站，变电系统负责对电力进行升压或降压处理，配电系统负责将电力分配到各个充电设备，充电设备负责将电力以适当的电压和电流供给电动汽车。
三、谐波分析1.谐波的产生原因谐波是指电力系统中频率为整数倍于基波频率的电压或电流，其产生原因主要有非线性负载设备、电动汽车充电设备等。
2.谐波的影响谐波会对电力系统产生不良影响，包括但不限于电力设备的过热、电力损耗的增加、电气设备的寿命缩短等。
对于电动汽车充电站来说，谐波还可能导致充电时间延长、充电效率下降等问题。
3.谐波分析方法谐波分析主要采用网络分析法和数值模拟法。
网络分析法通过建立电力系统的等效电路和谐波模型，来分析谐波的传递和分布。
数值模拟法则通过计算机仿真和模拟，来模拟谐波在电力系统中的传输和耦合行为。
四、结论本报告对电动汽车充电站的电气系统进行了建模与谐波分析。
通过建模，我们了解了电动汽车充电站的电力输送方式、基本结构和重要设备运行参数等。
通过谐波分析，我们了解了谐波的产生原因、影响以及分析方法。
在电动汽车充电站的设计和运行中，需要合理考虑充电设备的谐波产生和传递，以保证充电站的电气系统能够正常运行，并尽量减少谐波带来的不良影响。
电网谐波及不均衡问题的分析与解决方法研究
电网谐波及不均衡问题的分析与解决方法研究近年来，随着电力需求的不断增长和电力系统的不断扩容，电力系统中电网谐波及不均衡问题愈加突出。
这些问题会给电力系统的正常运行和电气设备带来很大的不利影响，因此，对电网谐波及不均衡问题进行深入的分析和研究，探求其解决方法是非常必要的。
一、电网谐波问题的影响及分析在电力系统中，特别是在大型电力负载设备中，各种信号和电流所形成的周期性变化会导致电网中出现谐波现象。
谐波会导致电压失真和电流失真，给电力系统带来很多负面影响，例如：1、谐波会导致设备的损坏在电力系统中，大部分的变压器、电容器等设备都不能很好地忍受谐波的影响，因此，谐波信号可能会导致电力系统中的这些设备损坏。
2、会影响电力质量谐波信号会导致电力系统中的电压失真和电流失真，从而提高了电路的损耗，影响了电力系统的电力质量。
3、会影响电力系统稳定运行谐波信号不仅会影响电力质量，还可能会导致电力系统中的各种故障，这些故障会影响电力系统的稳定运行。
针对电网谐波问题，解决方法常采用通过该系统中的谐波滤波处理方法。
多数情况下，使用谐波滤波解决方案可以有效地消除谐波，提高了电力系统的电力质量，从而保证了电力系统的稳定运行。
二、电网不均衡问题的影响及分析电网不均衡问题是指在电力系统中出现相电压、相电流和负荷的不平衡所带来的问题。
电网不均衡问题会对电力系统造成很多不利影响，例如：1、不均衡会影响三相电缆的电流分配由于三相电缆的负载并不相等，所以，不均衡导致的电流遥遥相对，会导致三相电缆中的电流分配不均，构成不平衡负载。
2、会导致电力系统中电压波动电网不均衡问题可能会导致电力系统中出现其它的正常电压波动，从而影响电力系统稳定运行。
3、会加剧设备的损害因为电网不均衡问题往往会导致相电流、负荷不平衡，而这些不平衡会短期内或者长期内加剧电气设备的损害。
从而增加电气设备的维护成本。
对于电网不均衡问题，我们也可以通过使用补偿器的解决方案来进行解决。
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。
电网谐波检测实例及其分析
表５ Ａ、 Ｂ、 Ｃ 三相 各 次 谐 波 电压 总 畸 变 率 统 计 参 数 最 大值 最 小 值 平 均值 ９ ５ ％概 率值 越 限 值 越 限 次 数
Ａ 相 电 压 总畸 变 率（ ％） ６ ． ７ ３ ７ Ｂ 相 电 压 总畸 变 ７ 率（ ％） ９ ０ ２
表 ２ １ ０ ｋ Ｖ＃ １总进 线 负荷 三 相不 平 衡 度
统计指标
ｌ 最大值 ｛ 最小值 ｌ 平均值 Ｉ ９ ５ ％概率值 ｌ 超限值 Ｉ 超限挺数
电压不平衡度（ ％） １ ０ ． ９ ０ ６ ｌ ０ ． ０ ０ １ Ｉ Ｏ ． １ ０ ８｛ Ｏ ． １ ６ ４ ｌ ２ ｌ 电流不平衡度（ ％） ｌ ３ ． ０ ４ ７｛ Ｏ ． ０ ０ ３ Ｉ １ ． １ ０ ２ ｌ １ ． ４ ３ ８ ｊ — ｌ
ｌ 能源・ 电力
装置 主 要 有 以下 几 种监 测和 统 计 功 能 ： （ １ ） 三相各次谐波电压、 电流 及其 谐 波含 有 率 ； （ ２ ） 三 相 电压 、 电流 总谐 波 畸 变率 ：
（ ３ ） 三相 有 功 、 无功 功 率 及 其 方 向 ； （ ４ ） 总 的有 功 、 无功 功 率 ， 功 率 因数 及 相 位 移 功 率 因数 ：
１ Ｏ ｋ Ｖ
Ｃ相
１ ． Ｏ ２ ３
１ ． ８ ９ ８
３ ． ７ ８ ５
２ ． ３ ３ ５
１ ． ０ ８ ０
定， 对 电 网 电压 母 线 的 电压 正 弦 波 形 畸 变率 、 电 压 波 动值 和 闪
变值 、 三 相 电压 不 平衡 度进 行 监 测 。 分析 谐 波状 况 。
谐 波 监 测 点 一般 选择 在 主要 发 电 厂 、 枢 纽 变 电站 及 接 有 大谐 波 源 负荷 或 电 容 器 组 的 ２ ２ ０ ｋ Ｖ 及 以 下 电压 等 级 的 母 线 上 ． 也
电力系统谐波问题分析及防治措施
电力系统谐波问题分析及防治措施摘要：电力谐波会增加电能损耗、降低设备寿命,威胁电力设备和用电设备安全可靠运行,并对周边的通讯等设施造成干扰。
分析电网谐波的产生和影响,并及时提出谐波的综合治理办法,对于防止谐波危害、提高电能质量是十分必要的。
本文概述了谐波及其产生、谐波的危害,以及谐波治理方法。
关键词：电力系统；谐波；来源；危害；治理方法谐波的定义与来源1、谐波的定义国际上对谐波公认的定义是：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍”。
在电力系统中，谐波分为谐波电压和谐波电流，其对系统的影响通常用“谐波含有率”和“总谐波畸变率”两个参数来衡量。
具体定义如下:谐波含有率:第h次谐波分量方均根值与基波分量方均根值之比。
HRU(h次谐波电压含有率)，HRI(h次谐波电流含有率);总谐波畸变率:除基波外的所有谐波分量在一个周期内的方均根值与基波分量方均根值之比。
U，I;THD(总谐波电压畸变率)，THD(总谐波电流畸变率);谐波含有率仅反应单次谐波在总量中的比重，而总谐波畸变率则概括地反映了周期波形的非正弦畸变程度。
谐波按矢量相序又可分有正序谐波、负序谐波和零序谐波。
所谓正序是指，3个对称的非正弦周期相电流或电压在时间上依次滞后120°，而负序滞后240°，零序則是同相。
其特征如表1:表1 正序谐波=3h-2，负序谐波=3h-1，零序谐波=3h。
在平衡的三相系统中，由于对称关系，不会在供电电网中产生任何偶次谐波。
谐波的定义与来源具体来说谐波产生的原因有以下三个方面：(1) 发电源的质量不高而产生的谐波发电机的结构中，由于三相绕组在制作上无法做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致，所以磁通密度沿空间的分布只能做到接近正弦分布，所以磁通中都有高次谐波，电势中也就有高次谐波，其中三次谐波占主要成分[2]。
(2) 输配电系统产生的谐波在输配电系统中则主要是变压器产生谐波，变压器饱和时的励磁电流只含有奇次谐波，以3次谐波最大，可达额定电流0.5%，对于三相变压器，3倍次谐波的磁通经由邮箱外壳构成闭合磁路，因而磁通中对应该次的谐波较小（单相铁芯的10%），绕组中有三角形接法时，零序性谐波电流在闭合的三角形接线中环流而不会注入电网。
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C型高通 滤波器
谐波仿真模型
谐波仿真模型
谐波电流约从30% 减少到10%
研究结论
电网谐波是一个需要重视的设计问题 谐波问题分析结论
影响电气设备运行 电网规划需根据区域负载特性进行相应调整 增加电网系统的能耗 无功补偿与谐波滤波器需要相结合进行设计 影响电力保护系统的运作 电力保护系统的设计需要依据负载特性而定
谐波仿真建模
C L
C1 L1
R
＋
R
C2
L2
单谐滤波 器
双谐滤波 器
4次、6次、10次基频率处分别 得到较好抑制，但是3次基频处 出现谐振，因此还需要配合其 它滤波器
谐波仿真建模
C L
C1 L1
C1
C2
R
＋R
C2
L2
＋
R L
三种谐 波滤波 器组合 使得电 网阻抗 特性得 到改善
单谐滤波 器
双谐滤波 器
＋
谐波引起的电磁干扰噪声
关闭时间
?
谐波的危害
其他问题：
引起剩余电流断路器的误动作
中性线过热和输电线损耗增大
变压器温升过高以及能耗损失增加
电网谐波规范
公用电网谐波( GB/T 14549-93)－
谐波电流允许值
电网谐波与无功补偿
85MVA 但如果此负荷装设6 如左图电网所供给的 10kV/66kV X=12.75% 负荷容量为 50MVA， 脉冲调速装置，意味 2000MVA/66kV 功率因素为 0.9，现在 着特征谐振频率为基 T1 S 本频率的 6次谐波， 需要将功率因素调节 至 0.95，电容器该如 SCC 2000MVA 20 pu 电容器上将出现巨大 何设计？ 的过电压，甚至烧毁 100 X T 1 0.1275 0.15 pu 85 电容器。
谐波的危害
电磁干扰：
许多电子控制器要检测电压的过零点，以确定负荷的接 开启时间 开启时间 ? 通时刻。这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致 产生瞬态过电压，从而可减少电磁干扰(EMI)和半导体开 关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过 电压时，在过零处电压的变化率就很高且难于判定从而 导致误动作。实际上在每个半波里可有多个过零点。 关闭时间
谐波抑制方法
AC AC
基波通路
滤波 网络
谐波通路
T1 T1
SS
T2 T2
C CM
M
谐波滤波器类型
C L
C1 L1
C1
C2
C
R
R
R
C2
L2
L
R
LБайду номын сангаас
单谐滤波 器
双谐滤波 器
高通滤波 器
C型高通 滤波器
谐波仿真建模
C L
R
6次谐波得到抑制，但是电路在4次基频率 单谐滤波 和10次基频处存在谐振谐，因为实际电网 器 中负载的谐波电流频率分布广泛，因此单 独靠此网络不能有效抑制谐波
电网谐波与无功补偿
Z pu V 2 pu SCC pu (10e3)2 1 100e6
0.35 XS 1.1mH 2 pi f 0 2 3.14 50
X Spu Z pu
电容无功补偿器正常阻抗为0.07Ω， 但在300Hz处呈现16.05 Ω阻抗，因 此如果负载即使只含有3%的谐波电 流，电容器两端电压将升至原先2.3倍 可能烧毁电容器。
AC
80MVA 66kV/10kV X=12%
50MVA cosΦ=0.9
T2
C
M
容量基准值 100MVA
电压基准值 频率基准值 66KV 50Hz
100 0.15 pu 85 X I X T 1 X T 2 X S 0.35 pu X T 2 0.1275 P S cos 45MW QC P (tan 1 tan 1 ) 0.07 pu XC 14.278 pu Hn XC 14.278 6.3 XL 0.35
影响无功补偿的效果
形成严重的电磁干扰
谐波的影响
30%谐波电压电压 无谐波电压
电网谐波来源
产生谐波的电气设备
开关模式电源
家用电器
变压器
电子镇流器
电弧炉
调速传动装置
电网谐波来源
谐波的危害
电压畸变：
因为电源系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压 波形的谐波电压畸变。由非线性负荷引起的畸变负荷电 流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变 电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上， 引起谐波电流的流过，即使这些负荷是线性的负荷也是 产生平顶波 如此。