典型谐波源的谐波特性分析_0
典型谐波源的谐波特性分析
典型的谐波源主要有三种类型，即电弧型、电子开关型和铁磁饱和型，这刚好对应着电弧炉、电力电子类负荷以及铁芯变压器和电抗器三类可能导致大量谐波产生的非线性负荷。牵引类负荷和风力发电设备属于电力电子类负荷。本文以下就此三类负荷的谐波特性进行详细分析。
1、电弧型谐波源的谐波特性
由于电弧炉炼钢在技术，经济上的优越性，近年来这种方法得到了很快的发展。根据电弧炉的容量及冶炼要求，熔炼的负载周期为2-8小时。熔炼过程的前0.5-1小时为融化期，其特征是在电极和固态原料之间形成极不稳定的电弧，该时期的三相电流大而不平衡，波动较大，向固态原料提供大量的能量使其融化;接着为包括氧化和还原过程的精练期，此时的电弧电流比较稳定，波动大为减小，只需供给补偿热量损失而使温度保持恒定的能量，所以三相电流小而比较平衡。
在炼钢的过程中交流电弧炉的电弧电流会产生非正弦畸变和各次谐波，对电网产生极大的干扰。交流电流过零后的起燃及形成电弧，伏安特性高度非线性，电流波形产生不规则的畸变。随着熔炼过程的进行，各相、各时刻的电流波形大小各不相同，电流变化大、谐波含量高、具有很大随机性。在整个熔炼周期，融化期的谐波含量大于精练期，此时电流波形的不对称还会产生较大的偶次谐波。根据实际测量和分析，电弧炉的谐波电流成分主要为2-7次，其中2、3次最大，其平均值可达基波分量的5%-10%。
2、电力电子类谐波源的谐波特性
随着电力工业的不断发展，在电力系统中，各种不同类型、不同容量、服务于不同目的的电力电子换流设备不断得到广泛应用。由于电力电子设备中存在非线性元件，如晶体管和晶闸管等，它们大都具有开关电路的特性，其输出电压、电流往往是周期性或非周期性变化的非正弦波。电力电子设备已经成为了电力系统中的主要谐波源之一。
电力电子装置产生的谐波有特征次谐波和非特征次谐波之分。特征谐波指装置正常运行条件下所产生的谐波，非特征次谐波主要指设备异常运行条件下产生的谐波。
以三相桥式全控整流电路为例，三相桥电路中电力电子元件的导通顺序如图2-3所示，元件导通的依据是奇偶编号元件上哪两个元件承受的电压最大（奇数为正，偶数为负），则这两个元件导通。例如，当uab最大时，T1和T6导通，之后uac大于uab，这时T2代替T6导通，由于电源为三相对称电源，每个元件导通120°。
T1导通时，有ia为正矩形波的电流，当T4导通时，有ia为负矩形波的电
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
浅谈谐波的含义及为什么必须治理
浅谈谐波的含义及为什么必须治理 安科瑞王长幸 江苏安科瑞电器制造有限公司江苏江阴214405 1引言 随着科技发展，电子产品大量应用，电网中谐波大量产生，作为设计人员需要了解谐波的成因及危害，以便更好地防御及治理，提高电能质量。 近年来，电气产品行业出于节能和生产的需要，积极运用新技术，大量地运用了可控变流装置、变频调速装置等非线性负荷设备。其所产生的谐波问题直接影响到了公用电网的电能质量，已引起人们的广泛重视。 2谐波产生的原因及影响 2.1谐波的成因 电网中的谐波主要指频率为工频（基波频率）整数倍成分的谐波及工频非整数成分的间谐波，它们都是造成电网电能质量污染的重要原因。根据大量现场测试的分析结果证实，电力变压器也是电力系统中谐波的一个重要谐波源。电力变压器的激磁电流、铁心饱和及三相电路和磁路的不对称，致使在变压器三角绕组的线电压和线电流中也仍然存在三次谐波分量，尤其在负荷低谷时，随着电网电压的升高，变压器铁心饱和程度加剧，产生的谐波含量也随之增大。随着电网大量电容装置的投运，通过对现场谐波实测发现，谐波并不是只有零序分量可被变压器三角绕组所环路，而是波及全网，并给电容装置及电网的正常运行带来影响和威胁。 在民用建筑中，UPS电源、电子调速装备、节能型灯具及家用电器中的计算机、微波炉等电力电子设备和电器设备应用的大量增加，以及医院等特殊场合的放射X光机、CT机等大型医疗设备等，使各类非线性负荷注入电网的谐波日益增多，造成电网电能质量的污染的影响也越来越大。在这些设备集中使用的地区，如医院、大型商场、居民小区、写字楼、酒店公寓等，谐波污染已相当严重。谐波污染的影响使电能质量明显下降，因此，对电能质量谐波污染的抑制和治理已刻不容缓。 2.2谐波源的分析 2.2.1电力电子设备 电力电子设备主要包括整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其它SCR控制系统等。由于工业与民用电力设备常用到这类电力电子设备和电路，如整流和变频电路，其负载性质一般分为感性和容性两种，感性负载的单相整流电路为含奇次谐波的电流型谐波源。而容性负载的单相整流电路，由于电容电压会通过整流管向电源反馈，属于电压型谐波源，其谐波含量与电容值的大小有关，电容值越大，谐波含量越大。变频电路谐波源由于采用的是相位控制，其谐波成分不仅含有整数倍数的谐波，还含有非整数倍数的间谐波。 2.2.2可饱和设备 可饱和设备主要包括变压器、电动机、发电机等。可饱和设备是非线性设备，与电力电子设备和电弧设备相比，可饱和设备上的谐波在未饱和的情况下，其谐波的幅值往往可以忽略。 2.2.3电弧炉设备及气体电光源设备 ①电弧炉在熔炼金属过程中的非线性影响将产生大量的谐波 ②气体电光源包括荧光灯、霓虹灯、卤化灯。根据这类气体放电光源的伏安特性。其非线
电网中主要谐波源及其治理措施
电网中主要谐波源及其治理措施 【摘要】大功率传动装置所产生的谐波对电网的危害很大，是电网谐波的一个主要来源。尤其是大功率的变频调速系统，谐波问题越来越突出，电能质量下降，给各种用电设备和仪表带来了很大的危害，必须抑制这些谐波，所以谐波的检测显得越来越重要。国内外对此进行了很长时间的研究，通过学者的不懈努力，也取得了丰硕的成果。 【关键词】电网；谐波；治理 一、交流传动所产生的谐波问题 大功率传动装置所产生的谐波对电网的危害很大，尤其是大功率的变频调速系统，谐波问题越来越突出，电能质量下降，给各种用电设备和仪表带来了很大的危害。我们希望交流传动变换器输出只含基波的正弦波，但实际应用的逆变器总含有谐波，这些畸变的电流和电压可能造成很多危害，如会让工业生产被干扰中断，受此影响，装配线可能经常停工，产生大量废品，造成很大的经济损失。虽然控制装置的调制控制方法能够在产生所需的基波的同时，应尽可能的优化其他的高次谐波。但是谐波不可避免的产生，这就要求对这些谐波进行监测、分析后，确定治理方案。达到最大程度的消除特定谐波或最小化总谐波（TDH）畸变率，进而使由谐波产生的电力电子设备的功率损耗达到最小。 另外变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变电路多采用PWM 技术要用到IGBT 大功率管。当控制电路根据需要给出相应的频率和幅值的开关脉冲，IGBT 大功率管工作时，其输出的电压和电流波形中带有与开关频率相应的高次谐波群。我们知道高载波频率和场控开关器件高速切换的dv/d t 可达1kv/Ls 以上所以引起的辐射干扰问题是相当突出。当然，变频调速电路除了通过辐射向外部发射产生干扰外，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入电源电路形成传导形干扰。 经查证资料，交流传动所产生的谐波基本上是5次，7次，9次和13次谐波，其他次数的谐波比较少。 二、谐波的一些治理措施 采取一些措施来消除这些对各种电子设备和电网造成很大危害的谐波，下面简单介绍一下消除谐波的方法和措施。 （1）滤波 所谓的滤波就是，一个电信号中有若干种成分，把其中一部分交流信号过滤掉就叫滤波。一般将电力电网或电力设备中某些不需要的交流信号去掉，通常采
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
谐波干扰问题分析与谐波治理方法建议
谐波干扰问题分析与谐波治理方法建议 一、存在的谐波干扰问题介绍 某科技发展有限公司主要从事先进陶瓷材料相关技术、产品和系统的研发，涉及生物医学材料、新能源材料、电子信息材料、化工陶瓷材料、以及多功能结构陶瓷材料等领域。 该公司目前新安装的300KW中频烧结炉，可控硅控制功率加热，出现功率因数低0.3-0.5，谐波大，造成共用的容量1250Kvar供电变压器配置的容量为600Kvar无功补偿电容装置产生过热保护无法正常投切运行等问题。 二、谐波干扰状况分析 随着我国制造业的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高，电力电子技术在电网设备中得到广泛应用，大量的非线性负荷广泛应用在工业、商业和民用电网中，给电网造成的污染问题越来越得到重视。如在一般工业领域使用的中频炉、变频器、软启动器、电弧炉、轧机、电解槽、电镀槽等负荷，商业和民用领域如节能灯、气体灯具、变频空调、电脑、冰箱等，都产生大量的谐波，尤其是近几年在我国节能技术产业的发展过程中出现了各种类型的专用节电装置，这些节电装置采用的均是电力电子控制技术如变频控制和可控硅调压原理，属典型的谐波源，大量使用导致谐波的产生，轻者影响供电质量使制造工艺较为精细的产品质量受到影响，或者由于在节电过程中使用的节电器具产生的谐波导致谐振，而使无功得不到满意补偿甚至不补偿影响节电效果，重者导致电气设备长期发热，降低使用寿命甚至损坏、火灾，危害电网安全。 为了便于对北京某科技发展有限公司新安装使用的中频烧结炉产生谐波危害进行分析，特地借鉴下列两组关联数据
用以推断可能产生谐波的含量。 借鉴测试数据一：2014年5月9日浙江某公司新安装使用的中频烧结炉的现场测试数据显示，该中频烧结炉运行时电源进线上基波电流在17-391A有功功率在7.8-118.5KW,谐波电压总畸变率5.7-6.3%，谐波电流总畸变率42-72.9%,功率因数在0.33-0.64范围内波动。 借鉴测试数据二：2014年6月22日领步公司应邀对某新型材料（江苏）有限公司生产线300KW中频烧结炉的谐波测试数据如下：运行电流在250A时谐波参数，谐波电压总畸变率4.4%，谐波电流总畸变率29.9%；运行电流在365A时谐波参数，谐波电压总畸变率6.7%，谐波电流总畸变率30.1% 运行电流 在250A时 谐波参数
实验一--谐波分析实验
实验一 谐波分析实验 （波形分解、合成不失真条件研究） 一、实验目的 1．了解分解、合成非正弦周期信号的物理过程。 2．观察合成某一确定的周期信号时，所必须保持的合理的频率结构，正确的幅值比例和初始相位关系。 二、实验原理 对某一个非正弦周期信号X （t ），若其周期为T 、频率为f ，则可以分解为无穷项谐波之和。即 ∑∞ =++=100)2sin(n n n t nf A a φπ (1－1) 上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率0f 的整数倍。如果f （t ）是一个锯齿波，其波形如图1.1所示，则其数学表达式为： )21()()(0,2 )(-=+≤≤-=t x nT t x T t E t T E t x 对f （t ）进行谐波分析可知 所以 即锯齿波可以分解成为基波的一次、二次…n 为基波幅 值的n 1这些谐波可以合成为一个锯齿波。 同理，只要选择符合要求的不同频率成份和相应的幅值比例及相位关系的谐波，便可近似地合成相应的方波、三角波等非正弦周期波形。 三、实验内容及操作步骤 利用计算机及Excel 、Matlab 或其它应用软件完成下面的工作： 1．合成方波
①观察基波与三次谐波幅值分别为1、1/3，相位差为零时的合成波波形； ②再分别将5次、7次、9次…谐波叠加进去（各次谐波的幅值为1/n，注 意各次谐波与基波间的相位关系），观察并记录合成波的波形，找出合 成波的形状与谐波次数之间有何关系。 ③分别改变3次、5次谐波与基波间的相角，研究谐波间相角改变对合成 波形的影响，并记录波形。 ④分别改变3次、5次谐波与基波间的幅值比例关系，研究谐波间幅值比 例改变对合成波形的影响，并记录波形。 2．合成锯齿波 参照合成方波的步骤（选择最高次谐波数不得低于9），研究各谐波间的 幅值、相位关系，并与方波做比较，记录波形。 3．合成三角波 参照合成方波的步骤（选择最高次谐波数不得低于9），研究各谐波间的 幅值、相位关系，并与方波、锯齿波做比较，记录波形。 四、实验报告要求 1．记录下每一步骤下的不同波形，将谐波与合成波形用不同色彩绘在同一图上，并加以说明。 2．讨论以下问题 ①在合成波形时，各次谐波间的相角关系与幅值比例关系，哪一个对 合成波形的影响大？ ②如果用正弦波去合成波形，在合成三角波时，三次谐波的相位与合 成方波、锯齿波时的相位是否一样？ ③在一般的常规应用中，对于100HZ的方波、锯齿波及三角波信号， 你认为所应考虑的频段范围各应为多少？ 3．回答下列思考题。 （1）如果将图1.1 一下使之成为图1.3 并比较二者同异之处。
电力系统的谐波治理
电力系统的谐波治理 谐波及其产生 理想情况下，电网电压和电流波形为频率为50Hz（有些国家为60Hz）的正弦波。但是现实情况并非如此，电压和电流波形不是完美的正弦波，这被称为“畸变”。利用傅立叶分析法，这个畸变的波形可以分解为一系列不同频率的正弦波的叠加，其中序数为1的是我们需要的50Hz （或60Hz）的基波，其余的分量的频率是基波频率的整数倍，这些频率的电能是我们不希望看到的，被称为谐波。 谐波由非线性用电设备产生，这些设备被称为“谐波源”。主要的谐波源有： ○电力电子装置，如变频器、整流器、晶闸管。 ○电弧装置，如电弧炉、点焊机、荧光灯、水银灯。 ○饱和设备，如变压器、发电机、电动机。 谐波的影响 现有的用电、供电设备都是按基波频率设计的，谐波的存是一个很大的负面影响。主要有以下几方面： 1.电容器、变压器、电动机的发热和故障，寿命大大减少。 2.保护电路和控制系统的误动作。 3.仪器仪表的测量误差，如计量电费的电度表读数误差。 4.损坏电子设备，尤其是一些精密的电子设备 5.缩短白炽灯寿命 6.干扰通讯线路。 7.在一定条件下，与变压器产生谐振，导致供电系统崩溃。 ——谐波实质上是对供电系统的污染。 典型的谐波波形
典型的谐波波形 谐波术语 1.公共连接点PCC——point of common coupling 用户接入公用电网的连接处，在PCC上至少连接两个用户。 2.基波（分量）fundamental (component) 周期量的傅立叶级数中序数为1的分量，即频率与工频相同的分量。 3.谐波（分量）harmonic (component) 周期量的傅立叶级数中序数大于1的分量，即频率为基波频率整数倍的分量。 4.谐波次数harmonic order 谐波频率与基波频率的整数比。有时也写作harmonic number. 5.谐波含量harmonic content 从周期性交流量中减去基波分量后所得的量。
谐波考试内容1
谐波抑制和无功功率补偿 第一节课 1. 谐波分类 （1） 奇偶谐波 （2） 分数次波：频率不是整数倍基波频率的谐波。分数谐波分为间 谐波和次谐波两类。 间谐波往往由较大的电压波动或冲击性非线性负荷所引起，所有非线性的波动负荷，如电弧焊、电焊机、各种变频调速装置、同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波波源，电力载波信号也是一种间谐波。 间谐波特点有放大电压闪变和音频干扰，影响电视机画面及增大收音机噪音，造成感应电动机振动及异常。对于由电容、电感和电阻构成的无源滤波器电路，间谐波可能会被放大 2. 谐波基本概念与定义 （1） 谐波电压含量：H U = （2） 谐波电流含量：H I = （3） 谐波电压含有率：1 100%n n U HRU U =? （4） 谐波电流含有率：1 100%n n I HRI I =? （5） 电压谐波总畸变率：1 100%H u U THD U =? （6） 电流谐波总畸变率：1100%H i I THD I = ? 但是到目前为止，谐波功率的计算还无标准。 3. 谐波的分析方法 a ． 傅里叶分析：傅里叶只能做稳态分析，且必须采集整一个周期的数据，容易产生窗口泄露，检测结果延迟很大。 b ． 坐标变换法：电机学中的三相交换法将旋转坐标转换成静止坐标。这 种方法实时，但三相对称性差，且本身用低通滤波器LPM 本身检测
（神经网络法，LMS算法的GCM） 4.谐波的抑制 谐波由负载产生，但希望谐波不要流入电网或其他负载上，希望能在本地消除。谐波的抑制方法有： ?无源滤波：加L或C，改变谐振频率、品质因数，使其形成带通/阻，高/低通滤波器。但是谐波抑制选择性很差，可能导致过载。 ?有源滤波：产生一个大小相等，方向相反的谐波来对消。存在的问题是检测速度慢，检测精度要求高。损耗、成本压力、装置本身使用寿命以 及安装施工是否便利都是存在的问题。 5.谐波的计量与标准、测量 谐波具有很强的随机、实时、潜伏性 出厂前产品检测的方法与工具还有缺陷。 6.谐波的危害 波形乱，产生噪声，对各种电机、继电保护装置、谐振回路等产生危害，轻则使电力系统性能下降，重则破坏设备装置。 谐波产生： 非线性（例如过铁芯、磁滞损耗使波形烂） 电力电子装置（例如PWM，触发角、整流装置引入谐波，破坏原 正弦波形） 电弧炉、继电开关等 谐波源行业主要有化工、铁路、电力系统、有色冶金、家用电器、实验 机构、机械制造加工业等。 第二节课 1. 谐波源 ●稳定谐波源 ?电力电子装置 ?器件的非线性（例如变压器，磁滞，串入大L或C） ●不稳定谐波源：（雷电冲击、电弧炉、电焊机、电机的启停、等）常产用 无源滤波方法，将各种谐波组合搭配能达到互补的效果。 ●其他谐波源 ?大的短期负载的启停会产生动态谐波 ?点火装置：一瞬间的电磁脉冲且为脉冲序列，可通过电容耦合,干扰 控制器件的灵敏度。 ?大型负载的投切，产生电弧，对控制器干扰大，采用PLC，软开关 技术在开关附近加阻容吸收，有效防电弧。 2. 整流电路的谐波分析
实验一-LabVIEW中的信号分析与处理
实验一 LabVIEW中的信号分析与处理 一、实验目的： 1、熟悉各类频谱分析VI的操作方法； 2、熟悉数字滤波器的使用方法； 3、熟悉谐波失真分析VI的使用方法。 二、实验原理： 1、信号的频谱分析是指用独立的频率分量来表示信号；将时域信号变换到频域，以显示在时域无法观察到的信号特征，主要是信号的频率成分以及各频率成分幅值和相位的大小，LabVIEW中的信号都是数字信号，对其进行频谱分析主要使用快速傅立叶变换(FFT)算法：·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信号的幅频特性和相频特性，其输出为单边幅频图和相频图。 ·“FFT.vi”以一维数组的形式返回时间信号的快速傅里叶运算结果，其输出为双边频谱图，在使用时注意设置FFT Size为2的幂。 ·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也输出单边频谱，主要用于对一维数组进行频谱分析，需要注意的是，需要设置其dt（输入信号的采样周期）端口的数据。 2、数字滤波器的作用是对信号进行滤波，只允许特定频率成份的信号通过。滤波器的主要类型分为低通、高通、带通、带阻等，在使用LabVIEW中的数字滤波器时，需要正确设置滤波器的截止频率（注意区分模拟频率和数字频率）和阶数。 3、“Harmonic Distortion Analyzer .vi”用于分析输入的波形数据的谐波失真度（THD），该vi还可分析出被测波形的基波频率和各阶次谐波的电平值。 三、实验容： (1) 时域信号的频谱分析 设计一个VI，使用4个Sine Waveform.vi（正弦波形）生成频率分别为10Hz、30Hz、50Hz、100Hz，幅值分别为1V、2V、3V、4V的4个正弦信号（采样频率都设置为1kHz，采样点数都设置为1000点），将这4个正弦信号相加并观察其时域波形，然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi对这4个正弦信号相加得出的信号进行FFT频谱分析，观察其幅频和相频图，并截图保存。
电力系统谐波的危害与治理
电力系统谐波的危害与治理 【摘要】谐波污染是影响电力系统安全稳定运行的主要因素之一,谐波影响了电力系统中的电能质量,会产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率。对谐波污染的有效治理,对于保证电力系统的经济运行具有重要的意义。本文介绍了电力系统中常见的谐波污染源种类,分析了谐波污染的危害,并对谐波治理方法进行了总结。 【关键词】电力系统谐波治理 1 电力系统中谐波的来源 谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量,而基波是指其频率与工频相同的分量。就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说,其正常波形是正弦量,即电压波形基本上无直流和谐波分量。随着电网中各种电力电子设备的增加,电网的谐波污染日益严重。谐波会使电网中电压和电流波形发生畸变,严重影响电力系统中的电能质量。对电力系统中谐波污染的有效治理,对于保证电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。 电力系统中的谐波主要由非线性或者对电流进行周期性开断控制的电气设备产生。电力系统中的谐波源主要有以下两种:一是具有非线性电流电压特性的设备,如感应炉、电弧炉、变压器等。还有就是装有电力电子器件对电流进行控制的设备,如变流装置、变频器、交流控制器等。 这些谐波源中,在设备的电源侧有整流回路的都会产生因其非线性引起的谐波。在输出侧的逆变电路中,对于电压型电路来说,输出电压是矩形波。对电流型电路来说,输出电流是矩形波。矩形波中含有较多的谐波,对负载会产生不利影响,因此即使电力系统中电源的电压是正弦波,也会由于这些非线性元件的存在使得电网中总有谐波电流或电压的存在。因此电网谐波的存在主要在于电力系统中存在各种非线性元件。 2 电力系统谐波的危害 电力系统中由于谐波所引起的不良反应十分广泛。谐波污染会使系统中的设备产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率。大量的三次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,引起严重事故。谐波影响各种电器设备的正常工作,使电机发生机械振动、噪声和过热,使变压器局部严重过热,使电容器、电缆等设备过热,使绝缘老化,寿命缩短以至损坏。谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者产生噪声,降低通信质量,重者导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。谐波会导致继电保护和自动装置的误动作,并使电气测量仪表计量不准确。
电力系统谐波的基本特性和测量,配网中的谐波源
电力系统谐波的基本特性和测量 谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍数。理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素。非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。 非线性负荷除了产生基频整次谐波外，还可能产生低于基频的次谐波，或高于基波的非整数倍谐波。电力系统中出现系统短路、开路等事故，而导致系统进入暂态过程引起的谐波，将不归属谐波治理的范畴。 要治理谐波改善供电品质，需要了解谐波类型。谐波按其性质和波动的快慢可分成四类：准稳态谐波、波动谐波、快速变化的谐波和间谐波四类。因其多样性和随机性，在实际工作中，要精确评估谐波量值非常困难，所以在IEC 6100-4-7标准中对前三类谐波进行了规定，推荐采用数理统计的方法对谐波进行测量。兼顾数理统计和数据压缩的需要，标准对测量时段以及通过测量值计算谐波值提出了建议。 国标GB/T 14549-1993采用观察期3s有效测量的各次谐波均方根值的95%概率作为评价谐波的标准。为简便实用，将实测值按由大到小的方式排序，在舍去前5%个大值后剩余的最大值，近似作为95%的概率值。 实际工作中，通常采用谐波测试仪来监测和分析谐波。一般来说，将用户接入公用电网的公共连接点作为谐波监测点，测量该点的电压和注入公共电网的电流后，通过对电压和电流的分析，取得谐波测量资
料。 相对单点的谐波测量而言，从区域或整个电网角度来看，谐波源的定位和确定谐波模型进而分析它是一个相对复杂的过程。谐波源定位，一般采用功率方向法和瞬时负荷参数分割法。而谐波模型分析的方法一般有三种：非线性时域仿真、非线性和线性频率分析。三种方法的相同点是对电网作适当的线性化处理，只是在处理非线性设备时采取了不同的模拟方式。 配网中的谐波源 严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上。 发电机是由三相绕组组成的，理论上讲，发电机三相绕组必须完全对称，发电机内的铁心也必须完全均匀一致，才不致造成谐波的产生，但受工艺、环境以及制作技术等方面的限制，发电机总会产生少量的谐波。 输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。 用电环节谐波源更多，晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器，都能产生一定量的谐波。
谐波分析方法对比
谐波分析方法对比 随着用电设备的多样化和复杂化，线路中谐波的成分也变得越来越丰富，谐波污染的治理问题也变得越来越棘手，许多仪器也相应推出了谐波测量功能，我们该如何区分这些谐波的测量方法并正确地使用他们进行谐波测量呢？本文将进行“深究”。 在很多人认识里，只有使用同步采样才能进行精确的谐波分析，其实采用非同步采样同样能进行谐波分析，而且在许多情况下甚至比同步采样法更优秀。PA功率分析仪提供了常规谐波、谐波和IEC谐波三种谐波测量模式，支持同步和非同步的谐波分析，将两种分析方式互补使用可提高谐波的分析能力。下面通过其计算方法的简单，结合实例讨论三种谐波模式的使用。 谐波测量基本原理 目前最常用的谐波分析方法是使用傅里叶变换，将时域的离散信号进行傅里叶级数展开，得到离散的频谱，从离散的频谱中挑选出各次谐波对应的谱线，计算得出谐波各项参数。 在实际实现时，由于离散傅里叶变换存在“栅栏效应”，采样频率不为基波的整数倍时，部分谐波可能不在离散傅里叶变换后的离散频率点上，需要使用特殊的手段将栅栏空隙对准我们关心的谐波频率点。其中同步采样法和频率重心法使用最为广泛。 同步采样法 顾名思义，就是使采样频率与基波频率同步改变。该方法从源头上保证数据的采样频率为基波频率的整数倍，如IEC 61000-4-7标准就规定50Hz使用10倍基波采样率，采样数据经离散傅里叶变换即可得到各次谐波分量。同步采样常用硬件PLL实现，需要实时调整采样频率，频率的锁定需要时间，受限于滤波器及相关器件，很难做到很宽的频域，也很难保证频谱特别丰富时的准确性。 频率重心法 使用足够高的采样频率（一般大于4倍基波频率）即可满足直接对信号进行采样，将信号的频谱间隔拉开，并且使用更多周期的数据点做离散傅里叶变换，降低频谱泄露的影响。最后根据窗函数的功率谱分布特性，通过频谱的谱峰和次谱峰，找到真正的谱峰频点——即离散频谱的谱峰和次谱峰的重心。通过频率重心法消除了栅栏效应的影响，对各次谐波使用重心法，还得到一个偏离系数，使用该系数配合窗函数功率谱，可求解得到对应频点的相位和幅值等信息。至此，非同步采样法同样得到了各次谐波。受限于窗函数的频谱特性，该法
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。
牵引供电谐波对铁路信号干扰分析
牵引供电谐波对铁路信号干扰分析 摘要：我国科技水平的大幅度提高，使得我国铁路建造过程中也使用了许多种 电子元器。牵引供电系统产生的干扰信号就会对铁路信号系统产生影响，阻碍铁 路的正常运行，为了解决这一问题，本文就牵引供电谐波对铁路信号干扰的方法 和原因进行了分析，根据干扰信号产生的原因还有具体的干扰方式，总结出了一 些铁路信号系统防干扰的方法。 关键词：供电谐波；铁路信号；干扰 随着我国铁路系统的快速发展，已经逐步成为世界上规模最大、运行速度最快、里程最长的国家，而且，高铁、铁路已经在我国正式推广，全国各地都在使用。但是为了保证铁路系统的正常运行，就需要相关人员及时处理铁路信号系统 被供电谐波干扰的问题。可是我国目前在这方面的研究还很少，经验不足将导致 铁路信号系统被牵引供电谐波干扰的问题不能够得到彻底解决。本文就从供电系 统谐波干扰的类型进行分析，在根据具体的干扰方式提出合理有效的优化方案， 改善牵引供电谐波干扰铁路信号系统这一问题。 1牵引供电系统电磁干扰进入铁路信号系统的途径 电磁干扰主要有两种类型，无论哪一种电磁干扰都会影响到铁路设备还有信 号系统的运行。下文详细介绍了两种电磁干扰进入铁路信号系统的途径。 1.1辐射干扰 辐射干扰在传输过程中需要依靠一些辐射介质才能传输，其传播形式与电磁 波相同，所以辐射干扰的干扰信号的发射规律与电磁场的规律也是一致的，在传 播过程中就会对各种电器、电子设备产生影响。例如，学校监考使用的信号屏蔽 仪的工作原理就是辐射干扰，由辐射干扰产生的电磁场会对电器设备产生信号干扰，这样就会阻碍电器设备的运行。而铁路的信号系统中使用了大量的电子元器件，因此辐射干扰会对铁路信号系统造成干扰。 1.2传导干扰 传导干扰的传播途径比较局限，只能借助电介质在电路中进行传导，主要经 过敏感器和干扰源之间的电路。所以在牵引供电系统中一定会出现这种干扰信号，对铁路的信号系统造成干扰，想要完全避免传导干扰的难度非常大。 2牵引供电谐波对铁路信号系统的干扰方式 2.1电流回流时产生的传导性干扰 铁路信号系统是由节流电流互感器和轨道上的信号设备共同组成。信号系统 理论上是假设两个轨道上的牵引电流是相等的，这样变压器线圈上的磁通量总值 就是零，从而就不会产生干扰信号影响信号系统的正常工作。但是实际安装铁路 信号系统时，不能够确保两条轨道上的磁通量相同，因为它们之间的牵引电流是 不同的，这样就因为电流不平衡而产生干扰信号，对轨道上安装的各种电子元器 件造成影响。为了避免铁路信号系统形成电流回流，一般会把牵引电流的不平衡 系数控制在百分之五以内。与此同时，因为列车在运行过程中加速或者超负荷运 行还有双机牵引都会导致扼流电压器的电容超过额定值，导致轨道电路熔断形成 电流回流，使一些易损的配件烧毁。 2.2运行中的感应干扰 列车在运行的过程中会产生一种感性干扰，会对轨道电路造成影响。在电机 升弓还有电网波动时都会引起电压波异常变化，就会导致轨道电路感受到高次谐波，使控制信号的相位发生改变，给信号继电器传入错误的信号，引起一种极其
实验一谐波分析实验
实验一 谐波分析实验 2011010541 机14 林志杭 一、实验目的 1. 了解分解、合成非正弦周期信号的物理过程。 2. 观察合成某一确定的周期信号时，所必须保持的合理的频率结构，正确的幅值比例和初始相位关系。 二、实验原理 对某一个非正弦周期信号x(t)，若其周期为T 、频率为f ，则可以分解为无穷项谐波之和。即 01 001 2()sin( )sin(2) n n n n n n n x t a A t T a A nf t π?π?∞=∞==++=++∑∑ 上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率f 0的整数倍。如果f(t)是一个锯齿波，其波形如图1所示，其数学表达式为： (), 02 ()()E E x t t t T T x t nT x t =-≤≤+= -E/2 E/2 -T T t x(t) 图1 对f(t)进行谐波分析可知 00, , 2n n E a A n φππ== = 所以 1 01 002()sin()2 sin(2)21 {sin(2)sin[2(2)]...}22 n n E n x t t n T E nf t n E f t f t πππππππππππ∞=∞==+=+=++++∑∑
即锯齿波可以分解成为基波的一次、二次???n 次???无数项谐波之和，其幅值分别为基波幅值的1n ，且各次谐波之间初始相角差为零（基波幅值为2E π ）。反过来，用上述这些谐波可以合成为一个锯齿波。 同理，只要选择符合要求的不同频率成份和相应的幅值比例及相位关系的谐波，便可近似地合成相应的方波、三角波等非正弦周期波形。 三、实验内容及操作步骤 1 合成方波 周期方波信号x(t)在一个周期中的表达式为： 1, 02() 1, 02 T t x t T t ?--<
电力系统中谐波论文
浅谈电力系统中的谐波 摘要：经济的飞速发展带来供电紧张，为解决供电紧张，一方面要建设许多新的电厂和输电线路，另一方面要高效利用现有的电力资源，减少电力损耗。谐波是导致电力损耗增加，供电质量下降的重要因素。过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。电力系统中谐波对供配电线路、对电力设备的危害都是相当严重的。所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。本文分析谐波基本性质和测量方法，对配网中谐波的来源和危害进行了详细说明，总结和提出了治理谐波的若干方法。 关键字：电力系统电能质量谐波电流谐波危害谐波治理 abstract: the rapid development of economy brings power supply nervous, to solve the power supply nervous, on the one hand, to build many new power plants and transmission lines, on the other hand to efficient use of the existing power resources, and reduce power consumption. harmonic is caused power loss increases, the quality of power supply of the decline of the important factors. in the past, the harmonic current is electrified railway and industry by dc speed control of transmission device used by the exchange transformation for the dc produced by mercury rectifier. in
电力谐波的治理及方法研究文献综述
电力谐波的治理及方法研究文献综述
电力谐波的治理及方法研究文献综述
电力谐波的治理及方法研究文献综述 随着非线性负荷的普遍增加，电力系统中的谐波成分也日趋增多，严重影响着用电设备的效率和安全运行，严重时甚至会引起事故。同时，精密制造业对各种微电子装置的广泛应用，也使得对电能质量要求的显著提高。所以，对于电力谐波的检测是解决其他谐波问题的基础，对于有效抑制谐波具有非常重要的意义。 1.谐波危害 （1）谐波对供配电线路产生的危害。电力系统中的电力谐波会使电网中的电压和电流发生变化。民用配电系统中的中性线会产生大量奇次谐波。在三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中线上会产生叠加，导致中线上的电流值存在超过相线上电流的可能。[1] （2）谐波对电力设备的危害。当谐波作用于电容器、电缆等电力设备时，会使电容器的功耗增加，温度升高，绝缘老化甚至损坏。[2]电缆中在一定数值下电容与电感都有发生谐振的可能。另外，由于谐波频率较高，趋肤效应则越明显，使得交流电阻变大，通过的电流变小。对于一些低压开关设备，由于发热会使配电断路器产生误动作。 2.谐波检测 （1）模拟电路检测法：该检测方法在国内较常用，但造价昂贵，对频率和温度的反应较敏感，容易产生较大误差。 （2）基于傅里叶变换：根据国内电力系统谐波的现状，现阶段主要采用傅里叶转换方法进行检测，且主要适用于数字领域。缺点是采样信号长度有一定限制，无法对无限长度信号进行采样。 （3）小波变换检测：小波变换相对于以上两种方法应用更为广泛，
尤其在信号分析、图像处与分析、语音识别与合成及自动控制等领域等到了应用。小波变换弥补了傅里叶变换的不足，精确度高，可自动调焦，还能追踪一些较为复杂的信号。 3.谐波的治理 通常电网中的谐波一半来自三个方面：[3]（1）输送电力系统产生的谐波；（2）发电源质量低产生谐波；（3）用电设备产生谐波。其中主要是用电设备产生的谐波比较多。 3.1 提高电能质量治理谐波 一方面，要了解现阶段已有的谐波源用户设备，加强谐波治理的宣传工作。对于检测不合格的用户应当停止供电；另一方面，要选择合适的变压器、电动机和电抗器等相关设备，保证其接近满负荷运行，在源头上防止谐波的产生并及时进行处理。 3.2 加装设备治理谐波 1.减少非线性用电设备与电源间的电气距离。也就是减少系统阻抗，换句话说就是提高供电电压等级。例如，在丽水电业局的遂昌钢厂就取得了不错效果，该钢厂原是用35kV供电，由两个110kV变电所各架设一回35kV专线供电，而它的主要用电设备是电弧炉，虽然进行了五次、七次谐波治理，但在110kV的35kV母线上测得谐波分量仍接近或稍超国家标准。但在丽水局在遂昌新建了一个220kV变电所而且离该钢厂仅4km左右，用5回35kV专线供电，使35kV母线的谐波分量控制在国家标准以内，此外该厂还使用了较大容量的同步发电机，使这些非线性负荷的电气距离大大下降，使该厂生产的谐波对电网的危害性下降，这种方法投资是最大的，往往需要和电网发展规划