第二章：谐波抑制和无功补偿装置详解
谐波抑制和无功功率补偿
谐波抑制和无功功率补偿在电力系统中，谐波抑制和无功功率补偿是两个重要的问题。
谐波是指电力系统中频率为基波频率的整数倍的波动，它会导致电力系统中的电压和电流失真，对设备和电网的正常运行造成不利影响。
无功功率则是指电力系统中的无功电流和无功电压，它不参与能量传输，但却会造成电网的负荷不平衡和电压波动。
因此，谐波抑制和无功功率补偿是电力系统中必须解决的问题。
谐波抑制是指通过采取一系列措施来减小电力系统中的谐波含量，保证电力系统的正常运行。
谐波抑制的方法有很多种，其中最常见的是使用谐波滤波器。
谐波滤波器是一种能够选择性地滤除谐波成分的装置，它通过选择合适的滤波器参数和安装位置，将谐波电流引导到滤波器中，从而减小谐波对电力系统的影响。
此外，还可以采用谐波抑制变压器、谐波抑制电容器等设备来实现谐波抑制。
无功功率补偿是指通过采取一系列措施来消除电力系统中的无功功率，保证电力系统的负荷平衡和电压稳定。
无功功率补偿的方法有很多种，其中最常见的是使用无功补偿装置。
无功补偿装置可以根据电力系统的负荷情况，自动调节无功功率的大小和方向，从而实现电力系统的负荷平衡和电压稳定。
此外，还可以采用无功补偿电容器、无功补偿电抗器等设备来实现无功功率补偿。
谐波抑制和无功功率补偿在电力系统中的应用非常广泛。
首先，它们可以提高电力系统的供电质量。
谐波和无功功率的存在会导致电力系统中的电压波动和电流失真，影响电力设备的正常运行。
通过采取谐波抑制和无功功率补偿措施，可以减小电力系统中的谐波含量和无功功率，提高电力系统的供电质量。
其次，谐波抑制和无功功率补偿还可以提高电力系统的能效。
谐波和无功功率的存在会导致电力系统中的能量损耗和电网负荷不平衡，降低电力系统的能效。
通过采取谐波抑制和无功功率补偿措施，可以减小电力系统中的能量损耗和电网负荷不平衡，提高电力系统的能效。
最后，谐波抑制和无功功率补偿还可以提高电力系统的稳定性。
谐波和无功功率的存在会导致电力系统中的电压波动和电流失真，影响电力系统的稳定性。
无功补偿中对谐波的抑制作用及电抗率的选择及电容器的端电压计算
电容器的端电压计算、电容器的端电压计算 Ucn ； Ucn=Uxn 心-电抗器的电抗率%）【Ucn 为电容器的额定端电压、 Uxn 为电网的线电压】，注；抑制5次以上的谐波时，电抗器的电抗率取4.5%〜6%，抑制3次以上的谐波时，电抗器的电抗率取12%，所以在选择无功补偿有电抗器时电容器一定要注意其端电压的选择。
②、电容器回 路电流的计算；lcn= Uxn/（1-电抗器的电抗率%）【Icn 为电容器的回路电流、Uxn 为电网的线电压】，所以 在选择其熔断器及热继电器时一定要把这时的电流一并考虑进去。
③、电抗器的电抗率 %是指串联电抗器的相感抗Xln 占电容器的相容抗 Xcn 的百分比，电容器回路线电流的计算； Icn=Qc/UxnV3=Uxn/ XcnV3 。
Xcn= Uxn2/ Qc 。
④、电容器串联电抗器后，其无功补偿的补偿量 =1.062 Qc ，提高了 6.2%。
⑤、并联电容器可以长期允许运行在1.1倍的额定线电压下。
a 、电抗器的电抗率为6%时，则电容器的端电压升高6.4%。
b 电抗器的电抗率为 12%时，则电容器的端电压升高 13.6%。
无功补偿中对谐波的抑制作用及 电抗率的选择随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。
产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、 大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。
这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低,与电容器组任意组合， 更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。
器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。
1谐波的产生及其主要构成成分小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于波动性负荷，如电弧炉、 而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。
谐波抑制的方法及其特点
谐波抑制的方法及其特点谐波抑制是指在电力系统中，通过各种技术手段来减小或消除系统中的谐波，以保证系统的稳定运行和电能质量的提高。
谐波对电力系统的影响主要表现在电源侧产生电能浪费、设备过热和电力系统的持续稳定性等方面。
下面将介绍一些常用的谐波抑制方法及其特点。
1.无功补偿方法无功补偿是通过在电力系统中引入无功电流，通过与谐波电流进行干涉或互相对抗来实现谐波抑制的目的。
根据无功补偿方式的不同，可以分为静态无功补偿和动态无功补偿两类。
静态无功补偿是指通过在电力系统中连接静止的无功补偿装置，如电容器组或者电感器组，并采用并联或者串联的方式补偿谐波功率。
静态无功补偿适用于较小规模、较低谐波频率的谐波问题。
特点是结构简单、投资成本低，但对谐波的抑制能力有一定限制。
动态无功补偿是指通过在电力系统中连接可以根据网侧电压和电流动态调整的电力电子装置，来实时地进行无功补偿。
动态无功补偿器可以根据谐波电流的频率和相位进行自适应地补偿。
特点是可靠性高、补偿能力强，适用于大规模、高谐波频率的谐波问题。
2.谐波滤波器谐波滤波器是一种通过滤除谐波电流或电压来实现谐波抑制的设备。
它由各种谐波滤波器元件（如电感、电容器、电阻等）组成，通过选择适当的元件参数和连接方式，可以在不同频率的谐波上实现良好的抑制。
谐波滤波器可以分为被动滤波器和主动滤波器两种。
被动滤波器是指通过合理选择谐波滤波器的元件参数和连接方式，在电力系统的敏感载荷端或供电侧连接谐波滤波器，以吸收或滤除谐波电流或电压。
被动滤波器结构简单、可靠性高，但对谐波内容和负载变化敏感，需要定期维护和调整。
主动滤波器是指通过控制电力电子开关装置工作时序，实时地感知谐波电流并进行相应的抗谐波干涉，以达到谐波抑制的目的。
主动滤波器具有自适应性强、动态响应速度快、滤波能力强等特点，适用于高谐波内容、频率变化较大的系统。
3.绝缘调频（PWM）技术绝缘调频技术是一种通过采用电力电子器件，通过调节电压和电流的幅值、频率和相位等参数，实现对谐波的抑制。
谐波抑制和无功补偿
绪论电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。
首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。
我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。
随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。
它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。
举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。
但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。
这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。
因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。
第一章 基础概念1.1 电力系统的组成电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。
其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。
主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。
发电机的电压等级一般为6KV 、10KV ，输电网络为110KV 、220KV 、500KV ，配电网络为10KV 、35KV ，用电设备一般为380V 、220V 。
我国电力系统采用三相50HZ 交流供电。
1.2 功率的概念在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为：()ωt U t U sin 2=式中 U ------电压有效值ω--------角频率f πω2=f ---------频率 (50HZ) 正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为：()()ϕ-=ωt I t I sin 2I --------电流有效值φ--------相位角 电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）电流相位角φ>0时，为电流滞后电压，负载呈现为感性（如电动机）电流相位角φ<0时，为电流滞后电压，负载呈现为容性（如无功补偿器）视在功率为： UI S = （KV A ）有功功率为：ϕcos UI P = (KW)无功功率为：ϕsin UI Q = （Kvar ）在正弦交流电路中，有功功率P 是用来做功的，是负载消耗掉的真正的功率。
整流系统无功补偿和谐波抑制
线容量增加 ， 电力用户的启动及控制设备 、 测量仪表
的尺 寸和规 格也要 增 大 。
２ 无功补偿及谐波抑制
功率 因数是企业经济运行 的重要技术指标之
一
（） ２ 无功功率增加使总 电流增 大， 设备及线路 的损耗增加 。 （） ３ 线路及变压器的电压降增大。如果是冲击 性无功功率负载 ， 还会使电压产生波动。
并联电容器是为提高功率因数而普遍采用的方 法。提高功率因数常采用电容器高压集中补偿和
低压分散补偿相结合的原则。高压集 中补偿可提高
网侧的功率因数， 保证发电和电网的安全稳定运行 ， 满足供电部门对用户用电功率因数必须在 ０ ９以上 ． 的要求 ； 同时， 功率 因数越高 ， 电能利用就越合理、 越 经济。低压分散补偿 可减少线 路能量损耗 ， 减少线
（ 安徽八一化工股份有限公司， 安徽 蚌埠 ２３０ ） ３００
［ 关键词］整流 系统 ； 率因数 ； 功 谐波抑制 ； 电容器 ； 电抗器 并联 串联
［ 要］ 摘 分析了整流系统无功负荷和高次谐波带来的问题 ， 提出了提高功率因数的方法和谐波抑制措施。
［ 中图分类号 ］ Ｍ ６ Ｔ ４ ［ 文献标识码 ］ Ｂ ［ 文章编号］１０ — ３Ｘ ２０ ）１ ０１ — ２ ０８ １３ （０６ １ ＂ ０３ ０
１ 无功功率的影 响和谐波 的危 害
１ １ 无功功率对电网的影响 ． （） １ 无功功率增加会导致电流增大和视在功率 增加 ， 使发电机 、 变压器及其他电气设备的容量和导
的其他用电设备带来危害 ， 并增加功率损耗 。 （） ３ 谐波对变压器的危害 谐波源的谐波 电流流人变压器时 ， 主要是增加 了其铁损和铜损。随着谐波频率的增大， 集肤效应 更加严重， 其铁损也更大。
谐波抑制和无功功率补偿
谐波抑制和无功功率补偿引言在电力系统中，谐波和无功功率是常见的问题，它们会导致电网的不稳定性、能源浪费和设备损坏等一系列负面影响。
因此，谐波抑制和无功功率补偿成为了电力系统优化和能源管理的重要课题。
本文将详细介绍谐波抑制和无功功率补偿的概念、原理、方法以及应用。
谐波抑制概念谐波是指在电力系统中频率为基波频率的整数倍的波形成分。
谐波的产生主要是由非线性负载设备引起的，例如电弧炉、电子设备等。
谐波会导致电压和电流的波形失真，进而影响电力系统的稳定性和设备的正常运行。
谐波抑制是指通过采取措施，减少或消除电力系统中的谐波成分，使电力系统的波形恢复正常，保证电力质量和设备的正常运行。
原理谐波抑制的原理主要包括两个方面：滤波和控制。
1.滤波：通过在电力系统中引入谐波滤波器，对谐波成分进行滤波，将谐波成分从电力系统中分离出来。
常用的谐波滤波器包括谐波阻抗滤波器、谐波电抗滤波器等。
2.控制：通过控制非线性负载设备的工作方式和参数，减少其对电力系统的谐波污染。
常用的控制方法包括谐波限制技术、谐波消除技术等。
方法谐波抑制的方法主要包括被动方法和主动方法。
1.被动方法：被动方法是指通过谐波滤波器等被动设备来实现谐波抑制。
被动方法具有成本低、稳定可靠等优点，但其抑制效果受到负载变化和谐波频率变化的限制。
2.主动方法：主动方法是指通过控制设备的工作方式和参数来实现谐波抑制。
主动方法具有灵活性强、抑制效果好等优点，但其成本较高。
应用谐波抑制广泛应用于电力系统中，特别是对于需要保证电力质量和设备正常运行的场合。
例如，工业生产中的电弧炉、电子设备等非线性负载设备常常会引起谐波，需要采取谐波抑制措施。
此外，谐波抑制也在电网规划、电力设备设计等领域得到广泛应用。
无功功率补偿概念无功功率是电力系统中的一种特殊功率，它与电压和电流之间的相位差有关。
无功功率的存在会造成电网电压的波动和能源的浪费，因此需要进行补偿。
无功功率补偿是指通过采取措施，使电力系统中的无功功率达到平衡，提高电网的稳定性和能源利用效率。
谐波抑制和无功功率补偿
谐波抑制和无功功率补偿有关谐波的数学分析早在18世纪和19世纪已经有了良好的基础，傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
电力系统的谐波问题在20年代和30年代就引起了人们的注意，可见在当时，人们就已经注意到随着电力电子的发展，谐波的问题就越来越明显。
五六十年代，由于高电压直流输电技术的发展，人们对变流器引起的电力系统谐波问题开始了研究.七十年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统中应用，以及在工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波的危害也越来越严重。
为了解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题，目前的方案有两种。
其一是装设补偿装置，其二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波。
本文所研究的是第一个方案，传统的装置补偿方式就是设置LC滤波器，这种方法既可补偿谐波，也可补偿无功功率，且结构简单，其缺点是补偿时易和系统发生串、并联谐振，导致谐波电流放大，使装置损坏。
另外LC滤波器只能补偿固定频率的谐波，且补偿效果不理想，但目前国内仍广泛应用.目前谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器（Active Power Filter APF）基本思想是在本世纪三十年代形成的。
八十年代以后，由于大中功率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽度调制(PWM)控制技术的进步以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器得到了迅速发展，在国外已经进入实际应用阶段，在国内也进入研究阶段。
第二节谐波和无功功率的产生和危害1.2.1谐波的产生在工业和生活用电负载中，阻感负载占有相当大的比例，异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。
其中异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统中所提供的无功功率占有很高的比例，同时电抗器和架空线消耗一些无功功率。
阻感负载必须消耗无功功率才能工作，这是其本身性质决定的。
公共电网的谐波源是各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯。
谐波抑制与无功功率补偿PPT课件
一、谐波的基本概念、产生与危害
1、谐波畸变
波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起 的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不 成比例关系。图1-1给出了在一个简单的非线性 电阻上施加正弦电压的例子，非线性电阻上电压 和电流的关系随所给出的特性曲线变化。虽然该 电阻上所加电压是理想正弦波，但流过其中的电 流却是非正弦的，即出现了谐波畸变问题。当电 压有较小增加时，电流可能成倍增加，并且其波 形也将发生变化。
18
一、谐波的基本概念、产生与危害
i i()
i i(t)
0
34
0 12
t
0
1
2
(t)
3
4
t
图1-3 电压磁通为正弦波时变压器励磁电流波形
19
一、谐波的基本概念、产生与危害
整流装置
u
id
V1
ud
i
u
ud
Z
V4
V2
id
Id
0
ωt ωt
Id
ωt
i0
ωt
（ a ） 原 理 接 线 图 ；
（ b ） 电 压 、 电 流 波 形
谐波电流放大 状况
轻度放大 严重放大 谐振 严重放大 轻度放大 完全滤波 分流
主系统电流 电容器电流
1～2 2～+∞ ∞ －∞～－1 －1～0
0
0 sh 1
0～－1
－1～－∞
Hale Waihona Puke ∞+∞～2
2～1
1
0 sh 1
27
二、谐波谐振与放大
2、三次谐波问题
通常认为，3及其倍数次谐波分量在变压器的三角形 绕组中短路、环流，线路中没有这些分量。事实上变压 器本身就是一个以3、5次谐波为主的谐波源。由于Y，d 变压器的三相磁路并不完全对称，同时三相电源电压不 仅在幅值上有差别，而且在相位上也不是准确地相差 120度
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（1）同步发电机 调整励磁电流，使其在超前功率因数 下运行，输出有功功率的同时输出无功功率。 （2）同步调相机 一种专门用来产生无功功率的同步电 机，是一种不带机械负载的可以过励磁（经常的运行状 态）或欠励磁（较电少力工的程运技术行协会状，态商务）合作运，技行的同步电动机。
5.晶闸管开关电容器组加晶闸管控制电抗器 （TSC+TCR）
与率收 组工
前 面 所 述
， 实 现 全
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作 原 理
TSC
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电力工程技术协会，商务合作，技 术咨询+V：dianli936
用电装置的非线性造成畸变电流；
电力工程技术协会，商务合作，技 术咨询+V：dianli936
二、无功功率的影响和谐波的危害
1、无功功率的影响 （1）使设备容量增大，从而造成设备投资费用增大； （2）设备及线路损耗增加； （3）引起供电点电压波动。
2、谐波的危害 （1）谐波使公用电网中的元件产生附加谐波损耗，降 低了发电、输电及用电设备的效率； （2）谐波影响电器设备正常工作； （3）谐波会导致公用电网局部并联谐振和串联谐振， 从而更放大了谐波，加剧了危害； （4）谐波导致自动装置误动作，使测量仪表不准确， 干扰通信系统等。
术咨询+V：dianli936
（3）并联电容器 可提供超前的无功功率，多装设于降 压变电所内，也可就地补偿。 （4）并联电抗 用在超高压系统线路上吸收无功功率，防 止末端电压升高。 （5）静止无功补偿装置 具有调相机的功能，使用广泛， 但投资大。
在电力系统中，常见的谐波抑制装置有： （1）LC滤波器 （2）有源电力滤波器
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静止无功补偿装置
2.可控饱和电抗器型(Controlled Saturated Reactor——CSR）
的 工流工
大 小
。
作 绕 组 的
大 小 来 控
作 原 理
感制 ：
抗铁 它
，心 通
以的 过
改饱 改
变和 变
交程 控
流度 制
工， 绕
作从 组
自饱和电抗器无功补偿装置依靠电抗器自身固有的能力 来稳定电压，它利用铁心的饱和特性，使滞后的无功功率 随端压的升降而增减。工程上，一般将饱和电抗器的铁心 设计在超过磁化曲线转折处运行，此时铁心完全饱和，饱 和电抗器就象空心电抗器一样，电压与电流保持线性关系。
当母线电压升高时，按特性曲线滞后电流增加，该电流 在网络电抗XS上产生压降，从而维持系统电压不变；反之 ，当母线电压波动下降时，则超前电流增加，该电流在网 络电抗XS上产生压升，从而维持系统电压不变。
教教学学内内容容及及要要求求
内容：
介绍电力系统谐波和无功产生的原因、危 害及补偿方法；研究静止无功补偿装置、静 止无功发生器和电力有源滤波器的工作原 理、补偿特性和控制方法。
学习要求及重点：
重点掌握静止无功补偿装置、静止无功发 生器和电力有源滤波器的工作原理
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1
第二章 谐波抑制和无功补偿装置
§2.1 概述 §2.2 静止无功补偿装置（SVC） §2.3 静止无功发生器（SVG） §2.4 有源电力滤波器（APF）
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§2.1 概述
一、谐波和无功功率的产生
阻感负载必须吸收无功功率才能工作； 电力电子装置等非线性也要消耗无功功率；
按其元件与结构的不同，主要有以下几种型式：
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Байду номын сангаас
静止无功补偿装置 1.自饱和电抗器型(Saturated Reactor——SR）
固
自饱和
定
电抗器
电 容
器
组
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自饱和电抗器工作原理
静止无功补偿装置
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三、补偿无功、抑制谐波的途经
1、提高用电设备自身的功率因数、减小谐波 （1）增加整流电路相数，使网侧电流正弦化； （2）尽量使整流装置在较小的α下运行； （3）采用多重化技术波形迭加，消除低次谐波； （4）利用DＣ／ＤＣ技术 （5）PWM整流器
§2.3 静止无功发生器（SVG）
一、SVG的发展史
静止无功发生器（SVG）又称为全半导体型无功补 偿器。
1972年，日本学者首先提出了用半导体变流器实现无功 补偿的基本思想；
1976年，美国学者L.Gyugyi提出了SVG的拓朴结构； 1980年，日本研制出了20MVA(SCR)无功补偿装置； 1987年，美国研制出了1MVA(GTO)无功补偿装置； 1991年，日本研制出了80MVA(GTO)无功补偿装置； 1994年，美国研制出了100MVA(GTO)无功补偿装置；
电而 中
流改 的
iL
变电
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3.晶闸管控制电抗器型（Thyrist Controlled Reactor —— TCR）
置来工
吸 收 的 无
控 制 了 通
作 原 理
功过：
功电 通
率抗 过
。器 改
的变
电晶
流闸
，管
从的
而触
控发
制相
了位
装角
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清华大学研制出了300KVA(GTO)无功补偿装置。 电力工程技术协会，商务合作，技 术咨询+V：dianli936
§2.3 静止无功发生器（SVG）
二、SVG的基本结构
所谓静止无功发生器（SVG）是指采用自换相桥式变 流器来进行动态无功补偿的装置。其拓朴结构如下：
本章主要介绍适合于动态无功补偿的静止无功补偿装 置和适合于动态无功补偿、谐波抑制的有源电力滤波器。
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§2.2 静止无功补偿装置(SVC)
一、并联电容器补偿无功功率的原理
二、静止无功补偿装置
静止无功补偿装置，适用于无功负荷频繁变化的场合, 它要求补偿装置具有快速性和无过渡过程。