谐波分析仪
谐波分析仪的设计方案
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企 肥 学院 学 赧 （ 自然科学版）
２０ ０ ８年 １ １月 第 １ ８卷 第 ４期
Ｊｕ ｎ ｌ ｆＨｅｅ ｉｅｓｔ（ ｔｒｌ ｃｅ ｃｓ ｏ ｒａ ｆｉＵｎｖ ｒｉ Ｎａｕ ａ Ｓ ｉｎ ｅ ） ｏ ｙ
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谐波测试仪的使用
谐波测试仪的使用1、总则( 1) 电能质量的现状随着高科技产业的发展，电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感，电器设备的正常运行甚至使用寿命都与之息息相关。
电能质量问题又可分为电压质量和电流质量两个方面。
电压质量问题指会影响用户设备正常运行的不理想的系统电压，包括电压的闪变(Flick) 、瞬时过电压(Swell) 、谐波畸变(Harmonics) 、各相电压不平衡(Unbalance) 等情况；电流质量问题指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，包括流入电网的谐波电流，以及无功、不平衡负荷电流、低频负荷变化造成的闪烁等。
目前电能质量问题主要由负荷方面引起。
例如冲击性无功负载会使电网电压产生剧烈波动，降低供电质量。
随着电力电子技术的发展，它既给现代工业带来节能和能量变换积极的一面，同时电力电子装置在各行各业的广泛应用又对电能质量带来了新的更加严重的损害，已成为电网的主要谐波污染源。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，使绝缘老化，寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
谐波还会引起电力系统局部发生并联谐振或串联谐振，使谐波含量被放大，致使电容器等设备烧毁。
( 2) 谐波的产生谐波的产生：冶金、石化、矿山、建材、钢铁、医疗、给排水，以及大、中型企业的变电所或配电室的电力系统中都包含有大量的谐波源，谐波主要是由各种电力电子装置(含家用电器、计算机等的电源部分) 、变压器、发电机、变频器、电弧炉、荧光灯等。
在电力电子装置大量应用之前，最主要的谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机。
在电力电子装置大量应用之后，它成为最主要谐波源。
( 3) 谐波的危害谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率，大量的3 次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。
谐波影响各种电气设备的正常工作。
谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
谐波检测仪的原理
谐波检测仪的原理谐波检测仪是一种用于检测电力系统中谐波含量的设备。
在电力系统中，谐波是一种频率高于50Hz基波频率的周期性波形。
谐波的存在会引起很多问题，如电磁干扰、能量损耗等。
因此，谐波检测仪的使用对于保护电力系统的稳定运行和提高电力质量至关重要。
原理谐波检测仪的原理基于傅里叶变换。
傅里叶变换是一种将时域波形分解为频域信号的方法。
它把一个信号看作是许多不同频率的正弦波的叠加。
在谐波检测仪中，傅里叶变换可以用于将系统中的谐波分解成它们的频率和幅度。
谐波检测仪的输入信号是从电力系统中获取的电压或电流信号，既包含基频分量，也包含谐波分量。
检测仪通过数字信号处理(DSP)芯片对信号进行处理。
DSP芯片会将输入信号和一个基波参考信号进行比较。
比较的结果就是谐波的分量。
在使用谐波检测仪的时候，我们可以通过设置不同的测量参数来捕捉不同谐波分量的存在。
一般来说，电力系统中谐波的分量主要有三种：•第一类谐波：主要集中在电力系统的50Hz的整数倍处，如100Hz，150Hz等。
•第二类谐波：主要集中在奇数倍基频的整数倍处，如150Hz，250Hz 等。
•第三类谐波：主要集中在偶数倍基频的整数倍处，如200Hz，400Hz 等。
因此，在选择谐波检测仪的时候，我们需要根据需要监测的谐波类型来选择不同的测量频率和测量参数。
应用谐波检测仪广泛应用于电力系统中。
它可以帮助我们实时监测电力系统中谐波分量的存在和程度。
最常见的应用包括：1.发现谐波源：通过监测到谐波分量的类型和程度，我们可以找出电力系统中的谐波源，然后采取相应的措施来减少谐波的存在。
2.过滤谐波：大多数电气设备对谐波非常敏感，过量的谐波会导致设备的损坏和能源的浪费。
通过使用谐波检测仪，可以有效地过滤谐波，从而保护电气设备并减少能源的浪费。
3.评估系统性能：谐波对于电力系统的运行和性能有很大影响。
通过监测系统中的谐波分量，我们可以实时评估电力系统的性能，并采取相应的措施来保持系统的良好运行状态。
谐波分析仪
谐波分析仪1. 简介谐波分析仪是一种用于分析市电供电系统中谐波及其污染的仪器，可用于研究市电中的谐波频率、谐波含量、谐波歪曲度等。
谐波分析仪通常由一个能够够测量电流和电压的夹子以及一个数据处理器组成。
其核心功能是测量电系统中的电压和电流，并分析这些数据以确定电网中的谐波频率和谐波含量。
2. 谐波的概念谐波是指一个波形中有两个或多个频率的波合成而成的波形。
在市电中，谐波是由非线性负载引起的。
负载因素可能包括电力电子设备，如调光器或逆变器，以及电动机和照明设备等。
这些设备可能会损害电力网络。
我们需要对市电中的谐波进行监测和分析，以确保系统稳定，并消除谐波污染。
3. 谐波分析仪的工作原理谐波分析仪的工作原理是通过夹子传感器测量电压和电流来分析市电中谐波的含量。
夹子传感器是一种非接触式测量电流的传感器。
它可以夹在电缆、导线或用于测量配电盘内的电流采样器上。
夹子传感器中有一段可打开的夹子，通过夹住电流导线来测量电流。
夹子传感器能够提供60Hz的电流文件和高于60Hz的电流文件。
谐波分析仪将得到的电压和电流数据通过FFT（快速傅里叶变换）算法转换成频谱图。
FFT算法能够将时域信号转换为频域信号，这个频域信号就可以被用于谐波分析。
谐波分析的结果被用于分析市电中的谐波频率和谐波含量。
通过对谐波的分析，可以发现存在的谐波问题，并采取措施加以解决。
4. 谐波分析仪的应用谐波分析仪是一种非常实用的设备，它被广泛应用于电力工业和电能质量监测领域。
其主要应用领域如下：4.1 电力系统的谐波分析通过谐波分析仪，电力系统中的谐波含量可以被测量并分析。
分析结果可以帮助电力系统解决谐波污染引起的问题。
4.2 非线性负载的电能质量监测非线性负载会引起电能质量的下降，谐波分析仪可以通过监测非线性负载中的谐波含量来监测电能质量。
4.3 频谱分析除了谐波分析，谐波分析仪还可以进行频谱分析，并通过成色图对分析结果进行可视化，用于更好地理解结论。
谐波检测方法
谐波检测方法谐波是指在正弦波中，频率是基波频率的整数倍的波。
在电力系统中，谐波是一种常见的问题，它会导致电气设备的过热、损坏甚至系统的不稳定。
因此，对谐波进行有效的检测和分析是非常重要的。
本文将介绍几种常见的谐波检测方法。
首先，最常用的方法是使用谐波分析仪进行检测。
谐波分析仪是一种专门用于检测电力系统中谐波的仪器，它可以测量各次谐波的幅值、相位和频率，帮助工程师们全面了解系统中的谐波情况。
通过谐波分析仪的检测数据，可以快速准确地定位谐波源，并采取相应的措施进行治理。
其次，另一种常见的谐波检测方法是使用数字保护装置进行在线监测。
数字保护装置在电力系统中起着重要的作用，它不仅可以对系统的电气参数进行监测和保护，还可以实时检测系统中的谐波情况。
通过数字保护装置的在线监测，工程师们可以及时发现系统中的谐波问题，并进行相应的调整和控制，确保系统的安全稳定运行。
另外，还有一种比较简单粗暴的方法是使用示波器进行检测。
示波器是一种常见的通用仪器，它可以显示电压和电流随时间变化的波形图像。
通过观察波形图像，工程师们可以初步判断系统中是否存在谐波，并大致了解谐波的频率和幅值。
虽然示波器不能像谐波分析仪那样精确地测量各次谐波的参数，但在一些简单的情况下，也可以发挥一定的作用。
最后，还有一种比较新颖的方法是使用智能电网技术进行谐波检测。
智能电网技术是近年来发展起来的一种新型技术，它可以实现对电力系统的智能监测和控制。
通过智能电网技术，工程师们可以实时监测系统中的谐波情况，并利用智能算法进行分析和预测，为系统的稳定运行提供有力的支持。
总之，谐波检测是电力系统中非常重要的一环，它关乎着系统的安全稳定运行。
针对不同的情况，工程师们可以选择合适的方法进行谐波检测，及时发现和解决系统中的谐波问题，保障电力系统的正常运行。
希望本文介绍的几种谐波检测方法能够为工程师们在实际工作中提供一定的参考和帮助。
基于虚拟仪器的谐波分析测试仪
元 是该 系统 的 关键 环 节 之 一 ，其 性 能 直 接 决 定
箱
整个系统所 能达到 的精度等级。本系统按照 以
上 指标 选 用 了精度 达 ０ ０ 级 的高 性 能 ＣＴ／ ．１ ＰＴ 传 感 器 ，电压 的变 比约 为 １ ６ （ ６ ０ ｍｓ ／１６ 即 ０ Ｖｒ
显示器 、打 印机 以及 连接 电缆 。 ３ １ １ １ 工控 机和 数 据采 集卡 。 ．．
窗 （ ｅｔ ｎ ｕ ａ － ｎ ｏ Ｒ ｃａ ｇ ｌｒ ｗｉｄ ｗ）后做快速傅立叶 变换 （ Ｆ Ｆ Ｔ）的方法得到准确的谐 波值 ，能完 成待测 电气 电子设备的谐波 电流发射 限值 的测 量 ，同时具备连续保存数据和波形、历史数据
பைடு நூலகம்
强 ／电压 ）等 。 当输 入 信 号 被 适 当调 理 后 ，即 可 输 给数 据 采 集 单 元 进 行 模 数转 换 。数 据 采 集
信
ＥＴ Ｕ
由工控机 （ Ｃ）进行控制 ，工控机 中 ｃ Ｕ 的 １ Ｐ Ｐ 性能决定 了整个采集过程的速度 。
号 调
理
谐波分析系统的传感器主要有 电流互感器
谐 波 算法 ：Ｆ Ｔ Ｆ
３ 本测试仪器构成与工作原理
３ １ 仪 器的构成 ．
波频率的分量 ，后者 电量 即称为谐波 。谐波频 率与基波频率的比值 （－ ｎ Ａ￣ ）称为谐 波次数。
谐 波 实 际上 是 一 种干 扰量 ， 电 网受 到 “ 使 污染 ” 。
与 传统 的仪 器 不 同，虚拟 仪器 （ ｒｕ ｌ Ｖｉｔ ａ
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ ｎ ｔｕ ｎ ）是基于计算机和标 准总线技术的
基于ARM的电力系统谐波分析仪的研究与设计
１ 硬 件 设 计
硬 件 分成信 号 采 集调 理 模 块 、 波 检测 与分 析 谐 模 块 、 口模 块 、 控模 块和 外部存 储 器模块 ６个 主 接 监 要 部分 ¨ 。硬 件总 图如 图 １ 示 。 所
０ 引 言
目前 ， 电力谐 波 分 析 已经 成 为 电 力 系统 领 域 的
一
而 导致频 谱泄漏 和栅 栏效 应 。 由于 同步 采样 和整数
周期截 断 在实 际 中很 难做 到 ， 谱 泄 漏 和栅 栏 效 应 频
将影 响到 谐波 分析 的结果 。该 文在 硬件 电路 中加入 了锁 相环 模块 ， 能够 有 效 地 抑制 频 谱 泄 漏 和栅 栏 效
ｔ ｎｆｒ （ Ｆ ） Ｔ ｅｈｒ ｏ ｉ ａ ｅｍ ａｕｅ ｙｕｉｇｔｉ ｄ ｖ ｅａｄＬ Ｄ ｄｓｌｙａ ｎ ｉ ｏ — ｒ ｓ ｍ Ｆ Ｔ ． ｈ ａｍ ｎｃ ｃｎｂ ｅｓｒｄｂ ｓ ｓ ｅｉ ｎ Ｃ ｉ ａ ｌ ｇｗｔ ｃｎ ａ ｏ ｒ ｓ ｎ ｈ ｃ ｐ ｏ ｈ
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收稿 日期 ：ｏ ９—１ ２ ２ｏ ０— ８
基 金 项 目 ： 肃 省 科 技 支 撑 计 划— — 工 业 计 划 项 目 资 助 甘
（ ８４ Ｋ Ａ ４ ） ００ Ｇ Ｃ ０ ６
作者简介： 陈若珠 （９ ３ ， ， １６ ） 女 山西万荣人 ， 高级 工程师 ， 研究 方
谐波分析仪的原理和应用
谐波分析仪的原理和应用1. 引言谐波分析仪是一种用于测量电力系统中谐波含量的设备。
它广泛应用于电力系统的设计、运行和维护中，以确保系统正常运行并防止谐波损害。
本文将介绍谐波分析仪的原理和它在电力系统中的应用。
2. 原理谐波分析仪的原理基于傅里叶级数展开。
电力系统中的电流或电压波形可以表示为不同频率的谐波成分的叠加。
谐波分析仪利用高精度的采样和数字信号处理技术，将电流或电压波形分解为不同谐波成分，并计算每个谐波的幅度、相位和频率。
3. 应用谐波分析仪在电力系统中有广泛的应用。
下面列举了一些主要应用场景：•电力系统设计：在电力系统设计中，谐波分析仪可以帮助工程师评估系统的谐波含量，预测潜在的谐波问题，并选择合适的谐波滤波器和补偿装置。
•电力系统运行：在电力系统运行过程中，谐波分析仪可以用于监测系统的谐波含量，及时发现谐波异常，并采取相应的措施来维护系统的正常运行。
•电力系统维护：谐波分析仪可以在电力系统的维护过程中用于定期检测系统的谐波含量，评估谐波滤波器和补偿装置的性能，并进行必要的调整。
•电力质量分析：谐波分析仪还可以用于电力质量分析。
通过对电流和电压波形的谐波含量进行测量和分析，可以评估电力质量的好坏，并对谐波问题进行排查和解决。
•电力设备测试：谐波分析仪可以用于测试和评估电力设备的耐谐波能力。
通过对设备输入和输出的谐波含量进行测量和分析，可以确定设备对谐波的响应，并对设备进行合格评估或故障诊断。
4. 如何选择谐波分析仪在选择谐波分析仪时，需要考虑以下几个关键因素：•精度和测量范围：谐波分析仪的精度和测量范围决定了它能否满足具体的应用需求。
对于工程师来说，选择具有较高精度和广泛测量范围的谐波分析仪是非常重要的。
•实时监测能力：一些谐波分析仪具有实时监测能力，可以对电力系统的谐波含量进行连续监测和记录。
这种功能对于及时发现和解决谐波问题非常重要。
•数据存储和分析：谐波分析仪通常能够存储和分析大量的数据。
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中文名称：谐波分析仪
英文名称：harmonic analyzer
定义：测量和分析被测信号中谐波成分的幅值、相角、功率等参量的仪器。
应用学科：电力（一级学科）；电测与计量（二级学科）
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
1. 什么是谐波？
在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。
当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。
谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。
谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。
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。
直流输电、大功率单相整流技术在工业部门和用电设备上的广泛应用。
导致电流波形畸变和三相不平衡日益严重，成为影响电能质量的重要因素。
冲击性功率负荷（如电弧炉、直流输电换流站）投入电网运行后，会使电网电压发生波动，从而严重地干扰了电网中波动敏感负荷如照明、计算机、精密电子仪器等的正常运转。
众多基于计算机，微处理器控制的精密电子和电力电子装置在电力系统大量使用，对供电质量的敏感程度越来越高，他们对系统干扰比机电设备更敏感，因此对电能质量的要求也更高。
一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障，重则造成整个系统的损坏，由此带来的损失是难以估量的。
另外,大量为提高生产效率,节约能源和减小环境污染而采用的基于电力电子技术的现代化设备正成为电能质量问题的主要来源。
随着我国市场经济的发展，电力工业已经逐步市场化，强化电能质量概念是时代发展的需要，是信息时代提出的新的挑战，用科学的方法，完善的管理，有效的提高我国电网的电能质量。
电能质量的治理是最终目的，在线式电能质量监测仪的监测记录为电能质量的治理提供依据。
该仪器采用32
位DSP28XX和16位高速AD，工业控制计算机，全中文接口，可靠性高，长期稳定性好。
二、谐波监测的方式
1、谐波监测分为非在线监测和在线监测两种方法；
2、非在线监测方法采用便携式测试仪，不定期对所关注的疑似谐波源进行测试；这种方法投资少，但存在实时性不强、工作量大、效率低等缺点；
3、在线监测方法一般以监测仪表为核心，用安装了管理软件的电脑作为主站，通过有线（RS232/485）和网络（RJ45)将监测数据采集后进行分析处理，以图表的方式输出，供相关技术人员进行分析和利用。
三、谐波监测的基本内容
1、总谐波电压含量及畸变率2-50 次谐波电压分量及含有率。
2.、总谐波电流含量及畸变率2--50 次谐波电流分量及含有率。
3 、谐波电压畸变合格时及合格率、畸变最大值及其出现的时间。
4 、谐波电流畸变合格时及合格率、畸变最大值及其出现的时间。
四、测量精度
1、电压电流基波测量： 0.5 级。
2、频率偏差不大于：0.01Hz
3、时钟误差：每天≤± 0.5s ，每年≤± 1min
4、最大功耗：＜ 5VA
5、电网谐波测量精度： A 级
五、数据采集与管理
具有 RS232 、 RS485 标准通讯端口和网口(RJ45)通讯方式，也可用笔记本电脑在现场采集。
上位机基于 WINDOWS 操作平台，各种采集的数据都能自动生成各种报表、曲线、棒图。
报表可根据需要转换为 WORD 或 EXCEL 格式打印。
各种报表、曲线和棒图均可通过 EMAIL 对外发送。