电网谐波分析解析
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。
三相四线制供电系统电流谐波分析
三相四线制供电系统电流谐波分析引言：随着电力系统的不断发展和智能化的应用，对电能质量的要求也日益提高，而电流谐波就是破坏电能质量的重要因素之一、电流谐波会造成电气设备的过热、振动和损坏，影响系统的稳定运行。
因此，对电流谐波进行分析和控制具有重要的意义。
一、三相四线制供电系统的基本原理二、电流谐波的产生原因1.非线性负载：例如电子设备、调光器、变频器等非线性负载会引入谐波电流；2.电力电子器件：如整流器、逆变器等电力电子器件在转换过程中也会产生谐波电流；3.线路阻抗不平衡：由于线路中负载不平衡，电流会引入谐波分量。
三、电流谐波的特点1.频谱复杂：电流谐波的频谱包含了各种频率的谐波分量；2.产生过程复杂：谐波电流的产生与非线性负载、电力电子器件和线路阻抗都有关系；3.瞬时值变化大：谐波电流的瞬时值会在短时间内发生大的改变；4.相位差大：不同谐波分量的相位差可以相差很大。
四、电流谐波对系统的影响1.电源侧影响：电流谐波会造成电网电压的暂态波动和电磁场的扰动，影响系统供电能力和电压质量；2.用户侧影响：电流谐波引起的过电压和过热会影响电气设备的寿命和安全运行；3.通信干扰：电流谐波会干扰通信系统和无线电信号的传输。
五、电流谐波的分析方法1.时域分析：通过观察电流波形和瞬时值的变化，分析电流谐波的产生和传播过程；2.频域分析：通过对电流信号进行傅里叶变换，得到各谐波分量的幅值和相位信息；3.瞬态分析：分析谐波电流的瞬时变化情况，判断是否会产生系统的暂态响应；4.示波器和谐波仪的应用：利用示波器和谐波仪对电流进行实时测量和分析。
六、电流谐波的控制方法1.滤波器：通过安装滤波器来抑制电流谐波，滤波器可以分为被动滤波器和主动滤波器两种；2.优化设计：在系统设计阶段考虑到电流谐波的问题，选择合适的电源和电气设备；3.变压器设计：采用特殊的变压器设计，提高电流谐波的传输能力；4.动态调整：根据谐波电流的实时变化情况，动态调整供电系统的工作状态。
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。
低压电网中性线谐波电流的分析
(1)改善供电结构：
首先应尽量将产生大量谐波的非线性负荷与基本上不产生谐波的用电设备分在不同供 电母线上。因为将多个谐波源接于同一段母线上，利用谐波的相互补偿作用可降低电网谐 波含量。其次是将三相整流变压器采用 Y，d(Y/△)或 d，Y(△/Y)的接线，可消除 3 的 整数倍高次谐波，从而使注入电网的谐波电流只有 5，7，11 等次，这是抑制谐波最基本 的方法。
率远远大于相线(不包括导线机械强度因素)。究其原因，是由于谐波对中性线电流的影响。
在实际的电力系统运行中，含在许多非线性负荷，当电流流过与所加正弦电压不呈线 性关系的负荷时，电流要产生畸变，形成非正弦波电流。
在中性线上，虽然基波电流可互相抵消，但三次谐波整倍数的谐波电流则不能抵消， 相反还要在中性线上叠加。最新研究发现，相电流为 100A 时，中性线电流竟达 150A。有 时中性线电流可轻易地接近相电流的两倍，致使中性线导线被烧坏。
在三相供电中，当三相负载均衡时，三相电流应该是对称的，在中性线上的合成电流为 零。如果三相负载不均衡时，只有去掉衡值以后的电流流入中性线，其值也小于相线电流。 根据这一情况，过去设计人员通常把中性线的容量减小为相线容量的一半。
但在我供电公司的多次例行检测配电变压器三相电流时发现，三相电流基本平衡时， 中性线电流却可达到 150A 左右。根据低压电网运行经验知道，低压电网中中性线断线机
电力系统的谐波分析与控制
电力系统的谐波分析与控制在现代社会中，电力系统成为了人们生活中不可或缺的一部分。
然而，电力系统中常常存在着各种谐波问题，如谐波电流、谐波电压等。
这些谐波不仅会影响电力设备的正常运行，还会对电网稳定性造成威胁。
因此，对电力系统的谐波进行分析与控制显得尤为重要。
首先，我们来了解一下什么是谐波。
谐波是指在电力系统中频率为基波频率的整数倍的电压或电流成分。
通常情况下，电力系统中的基波频率为50Hz（或60Hz），而谐波则会产生在100Hz（或120Hz）、150Hz（或180Hz）等等。
为什么会产生谐波呢？谐波的产生主要是由于非线性负载引起的。
在电力系统中，非线性负载很常见，例如电子设备、整流器、变频器等。
这些负载会导致电流波形变得不规则，产生各种谐波成分。
此外，电力系统中的谐波也可能是由于电感和电容等元件所引起的。
谐波对电力系统的影响是多方面的。
首先，谐波会造成电网的频率偏离基波频率，从而对电力系统的稳定性产生威胁。
其次，谐波会导致电力设备的性能下降，甚至损坏设备。
最后，谐波还会对电力系统中的其他用户造成干扰，例如电视、音响等设备可能会出现图像和声音失真的问题。
那么，如何进行电力系统的谐波分析呢？首先，可以采用谐波分析仪进行测量，以获取电流和电压的波形和频谱信息。
这些波形和频谱信息能够反映出电力系统中不同谐波成分的情况。
接下来，可以利用计算机对测量到的数据进行处理，得到更加详细的谐波分析结果。
谐波的分析结果可以包括谐波畸变率、谐波电流的总畸变率等等。
在进行谐波分析的基础上，电力系统的谐波控制也显得尤为重要。
一种常见的谐波控制方法是采用谐波滤波器。
谐波滤波器是一种专门用于消除谐波的装置，可以将谐波成分滤除，从而保持电力系统中的基波幅值和相位。
此外，还可以通过控制负载端的非线性特性来进行谐波控制。
例如，在电力系统中加入适当的电容或电感元件，可以改变电流和电压波形，减小谐波成分。
除了上述方法外，新兴的电力电子技术也为谐波控制提供了新的解决方案。
电力系统谐波与失真特性分析
电力系统谐波与失真特性分析电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施，为我们提供电能供应。
然而，由于电力系统中存在各种电气设备和非线性负载，谐波和失真问题成为了电力系统中一个严重而又常见的挑战。
本文将对电力系统的谐波和失真特性进行分析和探讨。
谐波是指电压、电流和功率中的频率为原信号频率的整数倍的分量。
谐波会导致电网中的电流和电压波形变形，并且可能对其他设备产生负面影响。
谐波问题主要由非线性负载引起，如电弧炉、整流器和变频器等。
非线性负载会引发谐波电流，导致电网谐波电压上升。
为了分析谐波，我们可以使用离散傅立叶变换（DFT）或快速傅立叶变换（FFT）将电流和电压信号转换为频谱。
通过查看频谱，我们可以确定电网中存在的各个谐波成分。
此外，我们还可以使用谐波电压源和谐波电流源模型来模拟电力系统中的谐波传播。
谐波的影响会导致电力系统中的多种问题。
首先，谐波会导致电流和电压的畸变，增加电线和设备的损耗，降低系统效率。
其次，谐波会引起系统的过电压和过电流问题，从而可能造成设备的损坏、甚至系统的崩溃。
此外，谐波还会对电能质量产生负面影响，如导致电网频率扭曲和电能计量的不准确性。
为了解决谐波问题，我们可以采取一系列措施。
首先，我们可以通过选择合适的设备和减少非线性负载的使用来减轻谐波问题。
其次，可以使用滤波器来抑制谐波电流和电压。
滤波器可以将谐波分量削弱或消除，从而改善电能质量。
此外，我们还可以设计敏感电子设备，使其对谐波具有更好的抗干扰能力。
除了谐波问题，失真也是电力系统中的一个重要问题。
失真指的是电压或电流波形中的畸变或非正弦特性。
失真主要由非线性负载和电网中的其他干扰源引起。
失真会对电力系统中的设备产生负面影响，并可能导致电能质量下降。
为了分析失真问题，我们可以使用总谐波失真（THD）等指标来评估波形的失真程度。
THD是所有谐波分量幅值与基波幅值的比值。
通常，较高的THD值表示波形中存在更多的失真。
此外，我们还可以使用采样技术和现代测试设备来分析电压和电流波形，以确定失真情况。
电网谐波分析解析
5
Rms（均方根）值
? 非正弦周期信号的rms值是：
rms value (值 ) ? H 12 ? H 2 2 ? ... ? Hn 2
H1=基波分量 H2，…， Hn＝谐波分量 缩写词 rms 代表均方根。
? 例： 计算由单相负载（例如个人电脑）引导的 rms 电流： I fund. = 56.2A; Ih3 = 27.2A; Ih5 = 2.7A; Ih7 = 9.2A;
Ih9 = 7.8A.
I rms ? 56 .2 2 ? 27 .2 2 ? 2.7 2 ? 9.2 2 ? 7.8 2
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6
谐波畸变
? 总谐波畸变（THD）：
谐波的rms值与基波的rms值的比率（CIGRE定义）
THD
% = 100 x
H 2 2 + H 3 2 + ... + Hn 2
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8
变速传动装置 ? 3相负载 ? 产生5，7，11，13的高谐波电流 ? 电流是不稳定的
? 谐波电流是
S=23KVA THDI=124% 2.5 12 .5001.5 -0.5 --11.5 -2 -2.5
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y (t)
1.5
1
0.5
=
0
-0.5
-1
-1.5
h1 (t)
1.5 1 0.5 +0 -0.5 -1 -1.5
h3 (t)
? 谐波是由非线性负载产生
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3
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1
电网谐波
? 谐波源，非线性及线性负载 ? 谐波次数及频谱 ? RMS（均方根）值 ? 谐波畸变 ? 谐波源设备 ? 谐波源例子 ? 谐波效应 ? 谐波对电容器的影响 ? 解决方案 ? 等效电路
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? 图（无电抗器）
iIs
e1
M
C e2
e3
? 谐波频谱
81% H5, 74% H7, 42% H11, ...
100 50 0
H1 H5 H7 H11 H13 H17 H19 H21 H23
9
整流器 /充电器
? 3相负载 ? 控制Gratz （格拉茨）桥 ? 产生5，7，11，13，…的谐波电流
?图
5
Rms（均方根）值
? 非正弦周期信号的rms值是：
rms value (值 ) ? H 12 ? H 2 2 ? ... ? Hn 2
H1=基波分量 H2，…， Hn＝谐波分量 缩写词 rms 代表均方根。
? 例： 计算由单相负载（例如个人电脑）引导的 rms 电流： I fund. = 56.2A; Ih3 = 27.2A; Ih5 = 2.7A; Ih7 = 9.2A;
13
短期效应
? 谐波电压可以影响电子系统中使用的控制器（晶体闸流管， plc（可 编程逻辑控制器）等）
? 导致电磁类仪表错误 ? 音频控制接收器（例如继电器）可以被电压谐波畸变干扰 ? 振动及噪声 ? 通信及控制电路上的干扰
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长期效应（热）
Ih9 = 7.8A.
I rms ? 56 .2 2 ? 27 .2 2 ? 2.7 2 ? 9.2 2 ? 7.8 2
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6
谐波畸变
? 总谐波畸变（THD）：
谐波的rms值与基波的rms值的比率（CIGRE定义）
THD
% = 100 x
H 2 2 + H 3 2 + ... + Hn 2
2
谐波源
? 任何频率“f”的周期信号，无论它的波形是什么，都可以作为以下的总和被表现：
? 频率f的正弦分量，被称为基波（h1）
? 有频率的正弦分量（即基波的全倍数）被称为谐波（hn）.
? dc(直流)分量（如果可用）。
? 例：
y?t ? ? h1?t? ? h3?t ?
1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5
H1
? 单个谐波百分比：
这是“n”谐波的rms值与基波的rms值的比率
Hn
HDn
%=
x 100
H1
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7
谐波源设备
? 变速传动装置 ? 晶闸管控制设备 ? 固定式换流器（UPS不间断电源） ? 电弧炉 ? 电焊机 ? 大建筑物中的照明 ? 饱和电抗器（变压器）
4
谐波的次数及频谱
作为基波的％的谐波频谱 100 50
0
次数： ? 谐波次数定义为谐波频率等于基波频
率的倍数。 ? 例：对于50Hz的基波，第5次谐波的
频率是5 x 50 = 250 Hz。
频谱： ? 信号的频谱是作为不同的谐波各自频
率的功能显示它们的振幅的图。
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? 谐波电流是
Is=341A THDI=58%
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? 谐波频谱
56% H3, 9% H5, 9% H7
100 80 60 40 20 0
H1
H3
H5
H7
H9
H11
H13
H15
11
照明（荧光灯…）
? 单相负载 ? 谐波的电容阻抗
? 谐波电流是
S=22KVA THDI=53%
? 这样的负载的例子：电热器中的电阻器，稳态条件下 的电感负载（电动机，变压器等）
? 非线性负载：
? 如果一个负载引导的电流与电源电压没有相同的波形，则 它被称为是“非线性的”。这样的电流有高谐波分量。谐 波频谱取决于负载的类型。
? 例如 开关电源，整流电源，变压器
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L1 iIs e1
L2 e2
L3 e3
C Z
? 谐波电流是
S=122KVA THDI=30%
? 谐波频谱
28% H5, 5% H7, 6% H11, ...
100 80 60 40 20 0
H1
H5
H7
H11
H13
H17
H19
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10
电焊机 ? 单相负载 ? 有高谐波含量的电流 ? 持续在20到50周期之间！
y (t)
1.5
1
0.5
=
0
-0.5
-1.5
h1 (t)
1.5 1 0.5 +0 -0.5 -1 -1.5
h3 (t)
? 谐波是由非线性负载产生
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3
线性及非线性负载
U I
?
I U
? 线性负载：
? 如果一个负载引导的电流与电源电压有相同的波形，则它 被称为是“线性的”。这样的电流没有谐波分量。
? 电容器发热由如下引起： ? 导电性 ? 电介质滞后 ? 由于机器及变压器中的额外损耗引起的发热 ? 定子及转子损耗 ? 由于趋肤效应而引起的额外变压器损耗 ? 电缆及设备的发热
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15
对电力设备的干扰
? 变压器： ? 有功损耗增加 ? 铁损耗增加（滞后） ? 电压THD的增加 ? 旋转机器： ? 定子损耗的增加 ? 铁损耗的增加（滞后） ? 脉动的机械扭矩造成效率降低，振动及噪声 ? 电压THD的增加
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8
变速传动装置 ? 3相负载 ? 产生5，7，11，13的高谐波电流 ? 电流是不稳定的
? 谐波电流是
S=23KVA THDI=124% 2.5 12 .5001.5 -0.5 --11.5 -2 -2.5
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?图
Ph Is
FL
N
? 谐波频谱
51% H3, 11% H5, 8% H9...
100
80
60
40
20
0
H1 H3 H5 H7 H9
H11
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12
谐波效应
? 短期效应 ? 长期效应 ? 生成器上的干扰 ? 负载上的干扰
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