《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
目录 摘要 (2) Abstract (2) 1：绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2谐波的产生 (3) 1.3电网中谐波的危害 (5) 1.4研究谐波的重要性 (5) 2：谐波的限制标准和常用措施 (7) 2.1国外谐波的标准和规定 (8) 2.1.1谐波电压标准 (8) 2.1.2谐波电流的限制 (9) 2.2我国谐波的标准和规定 (9) 2.2.1谐波电压标准 (10) 2.2.2谐波电流的限制 (11) 2.3谐波的限制措施 (12) 3：谐波的检测与分析 (15) 3.1电力系统谐波检测的基本要求 (15) 3.2国内外电力谐波检测与分析方法研究现状 (15) 3.3谐波的分析 (18) 3.3.1电力系统电压（或电流）的傅立叶分析 (19) 3.3.2基于连续信号傅立叶级数的谐波分析 (19) 4：电力谐波基于FFT的访真 (21) 4.1快速傅立叶变换的简要和计算方法 (21) 4.1.1快速傅立叶变换的简要 (21) 4.1.2快速傅立叶变换的计算方法 (21) 4.2 FFT应用举例 (22) 5：结论 (28) 附录： (28) 参考文献： (30) 致谢： (30)
基于MATLAB的电力谐波分析 学生： 指导老师： 电气信息工程学院 摘要：电力系统的谐波问题早在20世纪20年代就引起人们的注意，到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关换流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70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、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分的关注。 本文首先对目前国内外电力谐波检测与分析方法进行了综述与展望，并对电力谐波的基本概念、性质和特征参数进行了详细的分析，给出了谐波抑制的措施。并得出基于连续信号傅立叶级数的各次谐波系数的计算公式，推导了该计算公式与MATLAB函数FFT计算出的谐波系数的关系。实例证明：准确测量各次谐波参数，对电力系统谐波分析和抑制具有很大意义，可确保系统安全、可靠、经济地运行。同时实验结果表明，该法对设备要求不高，易于实现。 关键字：MA TLAB电力谐波分析 Harmonic Analysis of Electric Power System Based On Matlab Student: Teacher: Electrical and Information Engineering Abstract:The harmonic problem of electric power system has caused the attention of people in1920s and 1930s.Until 1950s,owing to the development of high voltage direct current transportation electricity technology,people published a large number of theses about the electricity power system harmonic problem,which caused by the current transform device.Since 1970s,because of the speedly development of eletricity power electronics technology,the various electric power electronics devices were applied extensively in the electric power system,industry,traffic and family,but the harm which the harmonic creates was serious more and more.Many country of the world all pay attention to the harmonic problem. Summary and Prospects of the first domestic and international power harmonics detection and analysis methods, and power harmonics of the basic concepts of the nature and characteristic parameters of a detailed analysis, given a harmonic suppression measures. Obtained based on the
供电系统中的谐波及其抑制 一、概述 在理想的情况下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50Hz为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。 供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注，为保证供电系统中所有的电气，电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作，必须采取有力的措施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。 二、谐波产生的原因 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。 在发电环节，当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。 在其它几个环节中，谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。 接入低压供电系统的非线性设备产生的谐波电流可分为稳定的谐波和变化的谐波两大类。所谓稳定的谐波电流是指由这种谐波的幅度不随时间变化，如视频显示设备和测试仪表等产生的谐波，这类设备对电网来说表现为恒定的负载。由激光打印机、复印机、微波炉等产生的各次谐波的幅值随时间变化，称之为波动的谐波，这类设备对电网来说是一个随时间
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
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。
电路分析基础谐波分析法 本章实训谐波分析法的验证 实训任务引入和介绍 在电路分析的应用过程中～遇到非正弦周期电流电路的情况并不少见。有时候～电流波形非常简单,如矩形波、三角波等,～可以通过简单的计算得出其有效值、平均值及平均功率,但有时候非正弦周期电流的波形非常复杂～那么通过谐波分析法来进行电路分析就显得尤为重要。本次实训我们就以一个简单的电路为基础～通过简单的理论计算和实际测量的结合来验证谐波分析法。 实训目的 1.掌握非正弦周期电流电路的测量方法, 2.理解谐波分析法的基本原理, 3.学会用谐波分析法进行简单的电路分析。 实训条件 100V直流电源、150V/50Hz交流电源、100V/100Hz交流电源、功率计、 R=10Ω、L=1H、 3C=1.11*10uF、电压表、电流表。 操作步骤 (1)连接电路。 如图5-12所示，将在直流、交流电源串联，根据叠加定理，可以知道电路中的电流为非正弦周期电流，且该信号可以分解为100V直流、150V/50Hz交流、100V/100Hz电源给出的信号。
图5-12 实训电路 (2)理论计算。 已知: U,100，150sin,t，100sin(2,t,90:)V s R,10, 1X,,90,， c,C X,,L,10, L ? 直流分量作用于电路时，电感相当于短路，电容相当于开路。故有: I,0,U,0,P,0000 ? 一次谐波作用于电路时，有: 150 U,，0:Vs12 150，0:U2s1 I,,,1.32，82.9:A1R，j(X,X)10，j(10,90)L1C1 U,1.31，82.9:(10，j10),18.5，127.9:V1 ? 二次谐波作用于电路时，有: 100，,90:U2s2 I,,,2.63，,21.8:A2R，j(X,X)10，j(20,45)L2C2 U,2.63，,21.8:(10，j20),58.8，41.6:V2
高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性研究何得发 发表时间：2018-09-12T09:13:56.800Z 来源：《电力设备》2018年第13期作者：何得发[导读] 摘要：随着高速铁路的高速度、大容量、高密集网络化发展，高速机车引起的牵引网谐波放大、谐振问题越发严峻。 （中国铁路青藏集团有限公司西宁供电段青海省西宁市 810006） 摘要：随着高速铁路的高速度、大容量、高密集网络化发展，高速机车引起的牵引网谐波放大、谐振问题越发严峻。从牵引网谐波放大倍数的角度考察谐振以及谐波放大特性。这对于防治实际的谐波危害、选择合适的滤波方案有较大的实用参考价值。本文分析了高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性。 关键词：高速铁路；牵引供电系统谐波；传输特性； 高速铁路牵引供电系统与电力系统相比具有负荷移动、方式多变等特点，加之牵引网多条线路间互感、分布电容的存在，使分析牵引网谐波电流传输特性也越发变得复杂。 一、高速铁路牵引供电系统谐波传输特性分析 牵引供电系统由外部电源、牵引变电所、牵引网和电力机车组成。外部电源系统为牵引供电系统提供高压电源，其电压等级为110 kV 或者220 kV。目前我国普通电气化铁路大多接入110 kV 电网，而高速客运专线则接入220 kV 电网。牵引网为一平行多导体传输线，由于导体数目较多，如果对所有导体建模，这样必然会增加模型建立的难度，因此在建立模型时可根据牵引网空间分布以及导体参数计算出牵引网电气参数，然后利用导线合并方法，将承力索、加强线等效到接触线中，将钢轨合并为一条导线。复线AT 牵引网系统几何结构复杂，它由接触线、承力索、负馈线、保护线、钢轨、埋地线等组成。牵引网导线数目较多，如果在计算时都考虑进去，那将会使计算变得十分困难。引入多导体传输线模型，对导线数目进行合并简化，最终可以简化成一个五导线的等值电路。牵引网是一个RLC 分布的多导体传输系统，考察谐波传输时，根据电力传输线稳态方程和等值电路，对电力机车的两侧的分布参数电路分别采用T 型等效电路。机车离牵引变电所越远，谐波电流的放大倍数越大。机车注入谐波电流在牵引网上的传输特性和谐振频率主要受牵引网长度、系统阻抗(包括电源阻抗和牵引变压器阻抗)、牵引网分布参数、机车位置等的影响。当机车向牵引网注入的谐波频率等于或接近于牵引网的谐振频率时谐波放大明显和发生谐振。根据所建机车仿真模型，当机车输出功率变化时，由于基波和谐波电流的变化不同步，这就使不同输出功率下谐波电流含量的变化较大。电流谐波畸变较牵引工况下要高出许多，从电压、电流相位分析，再生制动的功率因数也较小。再生制动技术广泛应用于动车组制动，若有多机车处于不同运行工况时，再生制动所产生的能量将会被牵引下的机车利用，这些不良的电能对高速列车的受流以及变流过程会产生极其不利的影响。再生制动工况下的谐波治理应引起高度关注。动车组在高速运行中，其运行状态受线路条件、过分相、天气、列车员控制等条件的影响，机车运行过程中牵引负荷不断变化，从而导致机车的牵引电流有较大的波动。高次谐波集中在开关频率的偶数倍附近；但在牵引工况下，随着机车功率的降低，同一频率的谐波含量增大，再生制动工况下，随着机车再生功率的增加，同一频率的谐波含量也有增大的趋势接触网是牵引变电所和电力机车交换电能的主要通道，而承力索、加强线及地埋线等也会对其线路参数的计算产生一定的影响。在建立模型时可将承力索、加强线按多导体传输线电感矩阵法[1 0]等效到接触线中，将地埋线等效到钢轨中，这种简化并不影响模型的精度。选取多个1 km的分布式参数线路建立整个牵引网的电路模型，其模型更接近于实际，这样对不同牵引网长度下的谐波传输特性的仿真分析更加准确。机车在再生制动情况下和下坡减速运行时虽降低了功率的消耗，但同时也带来大量亟待解决的谐波问题，合适的机车滤波、机车变流器的改善都是行之有效的解决方案。当机车位于某一位置的瞬间，可看作是静止的，根据实际的机车运行调度可以及时预知牵引网发生谐振的位置以及谐波放大情况，这有利于延长牵引变压器的服役寿命和提高容量利用率，也对减少或者避免谐振带来的危害有十分重要的意义。 二、高速铁路牵引供电系统谐波谐振抑制 高速铁路的飞速发展给国民经济带来了巨大的经济利益的同时也向公共电网注入了大量的谐波电流，谐波电流及谐振放大电流对电力系统和各种电气设备造成十分严重的危害，因此非常有必要对谐波进行治理。要得到显著的谐波抑制效果，需要从谐波源上入手。只有充分了解谐波产生的来源及机理，分析谐波的主要成分才能做到有的放矢，才能针对特定次谐波进行治理，防止或减小其对牵引供电系统的谐波及谐振危害。牵引供电系统参数满足一定条件时，相应次数的谐波便会发生谐振，产生的过电压和过电流危害牵引供电系统运行的安全性和稳定性。网侧变流器按照直流侧储存电能形式的不同可分为电流型网侧变流器与电压型网侧变流器。电流型网侧变流器直流侧储存能量的是电感元件，直流侧电感体积和重量都比较大，同时由于电感通过大电流，其损耗也比较大；而电压型网侧变流器直流侧储存电能的是电容元件，具有响应较快、体积小、成本低、容易实现的优点，因而目前许多工程项目都使用电压型变流器。目前，交直交电力传动机车上的变流器采用的是电压型变流器。网侧变流器控制方法根据是否将瞬态电感电流直接作为反馈量和被控制量，主要分为间接电流控制和直接电流控制两种控制方法。间接电流控制不直接控制网侧电流，而通过控制变流器的交流电压的幅值与相位间接控制电流。间接电流控制控制系统结构简单，成本较小，但由于没有交流电流反馈，电流环动态响应速度慢，对系统参数波动较敏感，己逐步被直接电流控制策略取代。直接电流控制引入了电流闭环控制，一般采用电压外环，电流内环的双闭环方式，具有控制精度高、动态响应快、交流电流与直流电压的稳定性好、交流电流的谐波含量小等优点。直接电流控制有瞬态电流控制、预测电流控制及滞环电流控制等，预测电流与瞬态电流控制算法较简单，实用方便，控制效果较好。现在交直交电力传动机车使用较多的控制策略是瞬态电流控制。在牵引变电所安装滤波装置，假如加装无源滤波器，由于牵引网额定电压是25kV，加装该类装置需额外配置降压变压器，使得成本大大提升；而加装有源滤波器，则需要更多设备，成本也很高，而在机车内的牵引变压器辅助绕组上加装滤波装置，能达到同样的谐波抑制效果且易于实现。对于这种方法，加装有源滤波器实现起来比较困难，而加装无源滤波器相对容易实现。滤波器的电感可用变压器的漏感代替，具有成本低，结构简单和运行稳定的优点。网侧变流器功率因数很高，在实际应用中能达到98％，不需要无功补偿，因此设计的滤波器无功功率应该尽量小，以减小对系统和变流器的影响。同时滤波器电路有功功率也应该尽量小，以提高电力机车的用电效率。 牵引网越长，谐振点越低，电压谐波畸变率也逐渐降低。同一供电臂上机车数量的增加会使系统侧电压谐波畸变率增大。机车谐波电流频谱分布趋势不随功率、运行工况(牵引、再生制动)而变化。但在牵引工况下，谐波含量随着机车功率的增加而降低；再生制动工况下，谐波含量随着机车返送的功率增加而增加。 参考文献： [1]李群湛, 贺建闽. 牵引供电系统分析[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2017.
毕业设计（论文）题目：电力系统谐波检测与分析
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
供电系统中的谐波及其抑制 发布者：admin 发布时间：2006-6-27 15:48:56 来自：互联网浏览统计:20 减小字体增大字体一、概述 在理想的情况下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50Hz为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。 供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注，为保证供电系统中所有的电气，电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作，必须采取有力的措施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。 二、谐波产生的原因 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。 在发电环节，当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。 在其它几个环节中，谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。
电力系统谐波管理暂行规定 SD126～84 第一章总则 第一条电力系统中的谐波主要是治金、化工、电气化铁路等换流设备及其他非线性用电设备产生的。随着硅整流及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备及用户用电设备带来严重危害。为保证向国民经济各部门提供质量合格的50赫兹电能，必须对各种非线性用电设备注入电网的谐波电流加以限制，以保证电网和用户用电设备的安全经济运行，特制订本规定。 第二条本规定适于电力系统以及由电网供电的所有电力用户。 第三条电网原有的谐波超过本规定的电压正弦波形畸变率极限值时，应查明谐波源并采取措施，把电压正弦波形畸变率限制在规定的极限值以内。在本规定颁发前已接入电网的非线性用电设备注入电网的谐波电流超过本规定的谐波电流允许值时，应制订改造计划并限期把谐波电流限制在允许范围以内。所需投资和设备由非线性用电设备的所属单位负责。 第四条新建或扩建的非线性用电设备接入电网，必须按本规定执行。如用户的非线性用电设备接入电网，增加或改变了电网的谐波值及其分布，特别是使与电网连接点的谐波电压、电流升高，用户必须采取措施，把谐波电流限制在允许的范围内，方能接入电网运行。 第五条进口设备和技术合作项目亦应执行本规定。但如对方的国家标准或企业标准的全部或部分规定比本规定严格，则应按对方较严格的规定执行。 第六条谐波对通讯等的影响应按国内有关规定执行。 第七条用户用电设备对谐波电压的要求较本规定的电压正弦波畴变率极限更严格时，由用户自行采取限制谐波电压的措施。 第二章电压正弦波形畸变率极限值和谐波电流允许值 第八条电网中任何一点的电压正弦波形畴变率均不得超过表1规定的极限值。 表1 电网电压正弦畸形畸变率极限值(相电压)
10kV系统的电压谐波分析 南京供电公司计量中心曹根发 摘要：本文对10kV小电流接地系统的电压谐波，由于10kV电压互感器中 性点的消谐电阻，及接地变一侧的灭弧线圈等原因，而造成的错误测试结果，进行了分析，并针对这种现象提出改进的测试方法。 1.前言 由于生产发展的需要和国家电力总公司及江苏省公司的要求，我市公司对所辖范围内的电网，配网电能质量，（电压谐波占有率）进行了一次普测、普查。 由于10kV配网系统采用了小电流接地的运行方式，10KV配网的电压互感器接线方式如图1所示。在PT的一次侧中性点到地串接一只电阻，称消谐电阻。此电阻一般由氧化锌阀片构成，在正常运行方式下，无电流通过此电阻。一次侧中心点与地等电位。近似与Y/Y型接法。而主变接线方式则是Y/Δ型接法。所以在10kV母线上并一只接地变，采用Y/Y型接法。在变一侧中心点串一只电抗器，俗称灭弧线圈。在10kV系统形成中心点接地的运行方式。 国标规定电压失谐率是相电压的谐波百分比含量做为判别限值的标准。从而规范了测试信号是相电压，与之相应的测试设备的接线方式是“Y”型接法。若取线电压为取样信号。测试设备需按“△”接法，结果将造成取样信号中的3n次谐波被抵消，抵消量大小，与3n次谐波电压与同相的基波电压相位及相电压的不平衡度有关。 在普查进程中，我们发现有6座110kV变电站中的9条10kV母线严重超标。共同特征是3次电压畸变率是造成超标的最主要因素。其余各次谐波含量不大。且占比例极低。同时所有电压谐波超标的10kV母线，电压三相不平衡度也接近或超过国标值。（国标Σu <2%） 切除变电站10kV侧的补偿电容器组，仅五次谐波有所下降，三次谐波下降量不大总畸变率仍居高不下。在10kV电源侧110KV测得，3次电压谐波仅有1%左右。而在这9条母线供电范围内，并无大型工矿企业，和大型非线性生产用户。
牵引供电系统的高次谐波的仿真与分析 摘要 电气化铁道作为公用电网的非线性负载，已成为引起电力系统谐波污染的主要谐波源之一。这主要是因为在电气化铁道上行驶的电力机车是单相的整流型负荷.由于功率大,分布广，而且三相不对称，在其运行过程中必然会产生大量的高次谐波，并将在接触网上激发起沿线分布的高次电压和电流谐波，它们对电气化铁道沿线的通信系统会造成严重的干扰。 随着交直交动车组在电气化铁道中的大量采用，使得牵引供电系统中的谐波特性发生变化，除了含有低频带的3、5、7次等谐波外,在高频带还出现了大量的高次谐波。尽管这些高频带谐波含有率不高，但其却大大增加了系统发生谐波谐振的可能性.当系统发生谐波谐振时,会形成较大的过电压和过电流，危害牵引变电所和电力机车等的绝缘设备，影响系统安全运行。本文对电力系统的谐波特性做了详细的理论研究和分析,重点阐述了牵引供电系统谐波的形成、谐波参数并对一些设备的谐波进行了分析，以便可以更加深刻的理解牵引供电系统的谐波分布，谐波形成和控制，维持牵引供电系统的稳定性和可靠性。 最后，本文对牵引供电系统的高次谐波进行了仿真、分析，更加直观的展示了牵引供电系统的谐波特点及其分布,进一步加深理解。 关键词：高次谐波；牵引供电;谐波电流放大；MATLAB/Simulink
Abstract Electrifiedrailway,asthenonlinearloadofpublicelectricnet,hasbecomeoneof mainharmonicsourcescausingharmonicpollutioninthepowersystem,whichismainlybe causethatelectriclocomotiverunningontheelectrifiedrailwayissingle—phaserec tifierload。Onaccountofitsgreatpower,widedistributionandthree—phaseasymmetric，itwillproduceagreatdealofhigh—orderharmonicsandonthecontactnetwillexcitehi gh—ordervoltageandcurrentharmonicsdistributingalongtheline,whichwillinterf ereseriously,withthecommunicationsystemalongtheelectrifiedrailway． WiththewideapplicationofAC—DC—ACmultipleunitsinelectricrailway,harmon iccharacteristicinthetractionPowersupplysystemhasbeenchanged。Notonlythelow-orderharmonies,forexample,third—order,fifth—orderandseventh —orderharmonicwereincludedinthissystem,butalsoalotofhigh—orderharmonicwer econtained。Althoughthecontentrateofthesehigh—orderharmonicsverylow，thepossibilityofharmonicresonanceinthesystemwillgreatlyincrease.Whenharmoni cresonanceoccurredinthesystem，overvoltageandovercurrentwillproduce,whichcanendangerequipmentinsulationoft ractionsubstationandtrainandinfluencethesystemsafetyoperation。Inthispapertheharmoniccharacteristicofpowersystemtodoadetailedtheoreticalre searchandanalysis，expoundsthetractionpowersupplysystemharmonicformation，
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
供电系统中的谐波产生及管理的探讨 发表时间：2009-12-08T08:50:20.670Z 来源：《中小企业管理与科技》2009年11月上旬刊供稿作者：孙伟[导读] 谐波在供电系统中的广泛存在,对电网和电力设备产生了严重的危害孙伟 (华北电力大学) 摘要：谐波在供电系统中的广泛存在,对电网和电力设备产生了严重的危害。伴随着工业化和自动化程度的迅速提高，非线性设备和负荷大量使用，使谐波将越来越多地产生。作为供电部门，须进一步认识谐波问题的严重性，并以积极的态度从技术和制度两个层面减少谐波对供电系统的危害，降低损失,以保证电网和电力设备的安全运行。关键词：谐波危害管理 0 引言 近年来，经济的高速发展促使工业化和自动化程度迅速提高，供电系统非线性设备和负荷的大量使用，使谐波的产生有了巨大的温床，谐波对电网的干扰愈加严重，导致电网供电质量下降。谐波污染已成为电力系统的三大公害之一。供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注，为保证供电系统中所有的设备能正常工作，必须加强对谐波的管理并采取有力的措施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。 1 谐波的产生和电力线路中谐波的类型 所谓谐波是指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，有数字频谱的特征。不同频率的谐波对不同的电气设备会有不同的影响。谐波主要产生于两类元件①含半导体的非线性电气元件；②含电弧和铁磁非线性设备。由于这两类元件广泛存在于电力线路中，所以谐波来源于三个渠道:一是发电源产生的谐波；二是输配电系统产生的谐波；三是用电设备产生的谐波。可见谐波存在于电力生产、传输、转换和使用的各个环节，具有普遍存在的特征。 2 谐波对电力线路的危害 谐波对电力线路的危害可以说无处不在，具体有以下几个方面: 2.1 对输电线路的危害由于输电线路阻抗的频率特性，线路电阻随频率的升高而增加。在集肤效应的作用下，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体发热，破坏绝缘，严重时造成短路，甚至引起火灾。另外，由于输电线路存在着分布的线路电感和对地电容及无功电容等电感和电容的存在，它们与系统母线侧及系统串联或并联，组成串联回路或并联回路时，可能会发生串联谐振或并联谐振，导致在线路中产生很高的谐振电压，严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿，造成恶性事故。 2.2 影响线路的稳定运行为保证线路与设备的安全，保证线路的稳定运行，电力线路中使用了大量继电保护和自动装置及低压开关设备。但由于谐波的影响，这些按基波量设定的高灵敏度继电保护和自动装置如变电站主变的复合电压启动过电流保护装置，母线差动保护元件误动以及线路各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器、自动准同期装置等发生误动或使晶体管继电器产生误动或拒动，严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。对各种断路器也有同样的影响，谐波电流使断路器的铁耗和铜耗增大而发热，造成脱扣困难或额定电流降低或脱扣电流降低等不正常现象，出现误动作或不动作。 此外谐波还影响电网的质量。谐波不但使电网的电压与电流波形发生畸变，而且同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。 2.3 对电力设备的危害电力设备主要包括电力电容器和电力变压器，谐波对它们的危害也很大。当含谐波的电压加在电容器两端时，因为谐波频率高，电容器对谐波阻抗很小，使电容器电流变大，导致电容器温度升高，损耗系数增大、附加损耗增加，容易发生故障，影响电容器的使用寿命，严重时会引起电容器过负荷甚至爆炸。同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使电网的谐波加剧，产生谐波扩大现象，危害更大。同时，由于谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在还增加了铜损，也会对大大增加非对称性负荷的变压器励磁电流的谐波分量,因此会减少变压器的实际使用容量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，有时还发出金属声。 2.4 对用电设备的影响在供电系统中，用户的电动机负荷约占整个负荷的85%左右。因此，谐波对电力用户电动机的影响最为明显。谐波能使电机产生附加的损耗和转矩，并能减少电动机的绝缘寿命。谐波产生的脉冲转矩，会导致出现电机转轴扭曲和机械振动的问题，发出很大的噪声。此外，谐波还对计算机网络、通信等弱电设备产生干扰；还影响电力测量的准确性和计量仪表的精确性，甚至导致计量设备无法工作；谐波对人体也有不良的影响。 3 供电系统谐波的管理 由于谐波存在的广泛性和频谱的多样性，使得谐波的管理有极大的困难，可以说在供电系统中完全消除谐波是不可能的，但我们可以对一些危害比较大的谐波进行有效的处理。为减少供电系统的谐波问题，可以采取以下措施: 3.1 通过技术措施，减少谐波的危害减少谐波目前采用的方法是:①运用由L、R、C元件构成谐振回路，可阻止与谐振回路的谐振频率相同或相近频率的谐波进入电网，如在电力电子设备的交流侧安装无源滤波器；②利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流趋向零，达到较实时补偿谐波电流的目的；③在谐波源处并联加装静止无功补偿装置，可以有效减少波动的谐波量、改善功率因数、稳定母线电压、降低三相电压不平衡度等，提高供电系统承受谐波的能力；④将电容器组的某些支路改为滤波器或采取串联电抗器，也可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。此外还有一些特定的方法，如增加换流装置的相数，脉宽调制法，三相整流变压器采用Y / Δ或Δ/Y 的接线等。 3.2 加强管理，减少谐波的危害谐波是附着于基波的，以电流的形式在电网中传输，使整个电网受其影响。因此我们可以采取一定的措施使谐波在一定的范围内流动而不影响电网的其他部分。各部门各负其责，尽量不把本部门管辖范围内的谐波传送到其他线路，如发电部门提高发电机制造的工艺水平，提高三相绕组绝对对称性，铁心的均匀一致性，从源头上减少谐波的产生，同时对输送出的电流实行检测，不把电厂的谐波送到供电部门；对于供电部门来说，谐波的产生不可避免，既有来自上游发电部门的谐波，又有来自下游用电部门的谐波，还有自身产生的谐波，但是通过一定的技术手段，加强监测，实时控制，并通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保持三相负载平衡等措施，可以提高电网抗谐波的能力。 3.3 加强对用户端谐波的管理