电能质量及谐波治理的分析

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。

谐波治理各方案比较分析谐波治理的目的包括：1. 满足电力公司对谐波电流发射的限制要求2. 释放变压器的有效容量，提高变压器的效率3. 提高配电系统(包括无功补偿装置、继电保护器、电缆等)的可靠性4. 为企业内的各类设备提供质量优良的电能，保证制造系统的稳定运行人们对谐波的危害已经十分熟悉，很多企业也开始重视谐波的治理。

谐波治理的目的不同，所采取的方案也是不同的。

因此，在确定谐波治理的方案之前，要明确谐波治理的目的。

企业在谐波治理方面投资，要达到的目的如图所示。

满足电力公司的要求是企业进行谐波治理的首要动机。

为电力用户提供合格的电能，是电力公司的责任。

因此，电力公司要对那些可能污染电网的用户的提出谐波治理的要求。

随着越来越多的企业对电能质量的要求提高，电力公司将对电力用户进行更严格的要求。

在目前阶段，出于后面几个目的而进行谐波治理的企业较少。

企业仅在出现了故障现象后，才开始考虑谐波治理的问题。

其中，谐波导致无功补偿装置烧毁的情况最为常见。

无论谐波治理的最终目的是什么，其本质就是减小负载(可能是一组负载)向电网注入的谐波电流，因为谐波电流是谐波问题的根源。

只不过，针对不同的目的，控制谐波电流的位置不同，也就是采用的谐波治理方案不同。

谐波治理的策略按照谐波治理的位置，可以有三个策略。

第一：在高压母线上治理，采用的设备是SVC、SVG等。

第二：在变压器的下端，低压母线上治理谐波。

采用无援滤波器、有源滤波器等。

无源滤波器往往会发出额外的容性无功，这在有些场合是不允许的。

第三：在设备的电源入口处治理谐波。

这称为就地治理。

就地治理是最理想的谐波治理策略。

因为，这样相当于将非线性负载转变成了线性负载，谐波导致的一切问题都迎刃而解。

大部分发达国家按照这个策略开展谐波治理。

达到这个目的的管理措施就是，要求电气电子设备满足相应的电磁兼容标准(例如，GB17625)要求，电磁兼容标准对谐波电流发射进行了明确的规定。

传统的谐波治理策略传统的谐波治理项目大多采用策略1和策略2。

电力电子中的谐波问题如何解决？在当今的电力系统中，电力电子技术的广泛应用带来了诸多便利和效率提升，但同时也引发了一个不容忽视的问题——谐波。

谐波的存在不仅会影响电力设备的正常运行，还可能导致电能质量下降，增加能耗，甚至危及整个电力系统的安全稳定。

那么，如何有效地解决电力电子中的谐波问题呢？要解决谐波问题，首先我们得明白谐波是怎么产生的。

电力电子设备在工作时，由于其非线性的特性，会使得电流和电压的波形发生畸变，从而产生谐波。

比如常见的整流器、逆变器、变频器等，它们在将交流电转换为直流电或者改变交流电的频率和电压时，就容易引入谐波。

既然知道了谐波的来源，那我们就可以有针对性地采取措施来减少谐波的产生。

一种常见的方法是优化电力电子设备的设计。

通过改进电路结构、采用更先进的控制策略以及选择合适的电力电子器件，可以在源头上降低谐波的含量。

例如，在整流电路中，采用多脉冲整流技术，如 12 脉冲、18 脉冲甚至更高脉冲数的整流，可以显著减少谐波的产生。

另外，增加滤波装置也是解决谐波问题的重要手段。

滤波装置可以分为无源滤波器和有源滤波器两大类。

无源滤波器通常由电感、电容和电阻等元件组成，通过谐振原理对特定频率的谐波进行吸收和抑制。

这种滤波器结构简单、成本较低，但存在滤波效果受系统参数影响较大、可能与系统发生谐振等缺点。

相比之下，有源滤波器则具有更好的滤波性能和适应性。

它能够实时检测电网中的谐波电流，并产生与之大小相等、方向相反的补偿电流，从而有效地消除谐波。

有源滤波器虽然性能优越，但成本相对较高，在一些对电能质量要求极高的场合应用较为广泛。

除了在设备端采取措施，合理的系统规划和运行管理也有助于减轻谐波的影响。

在电力系统的设计阶段，就应该充分考虑谐波的问题，合理分配负载，避免谐波源集中在某一区域。

同时，加强对电力设备的运行监测，及时发现和处理谐波超标问题，也是保障系统稳定运行的重要环节。

此外，提高电力用户的谐波意识也非常重要。

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性能的一个重要因素。

谐波的存在不仅会降低电能质量，还可能对电力设备造成损害，增加能耗，甚至影响整个电力系统的安全稳定运行。

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，具有极其重要的意义。

一、谐波的产生谐波是指频率为基波频率整数倍的正弦波分量。

在电力系统中，谐波的产生主要源于以下几个方面：1、非线性负载电力系统中的许多负载，如电力电子设备（如变频器、整流器、逆变器等）、电弧炉、荧光灯等，其电流与电压之间不是线性关系，从而导致电流发生畸变，产生谐波。

2、电力变压器变压器的铁芯饱和特性会导致磁化电流出现尖顶波形，进而产生谐波。

3、发电机由于发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，以及铁芯的不均匀等因素，也会产生少量的谐波。

二、谐波的危害谐波对电力系统的危害是多方面的，主要包括以下几点：1、增加电能损耗谐波电流在电力线路中流动时，会增加线路的电阻损耗和涡流损耗，导致电能的浪费。

2、影响电力设备的正常运行谐波会使电机产生额外的转矩脉动和发热，降低电机的效率和使用寿命；对电容器来说，谐波可能导致其过电流和过电压，甚至损坏；对于变压器，谐波会增加铁芯损耗和绕组的发热。

3、干扰通信系统谐波会产生电磁干扰，影响通信设备的正常工作，导致信号失真、误码率增加等问题。

4、降低电能质量谐波会使电压和电流波形发生畸变，导致电压波动、闪变等问题，影响供电的可靠性和稳定性。

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和测量。

常见的谐波分析方法主要有以下几种：1、傅里叶变换这是谐波分析中最常用的方法之一。

通过对周期性信号进行傅里叶级数展开，可以得到各次谐波的幅值和相位。

2、快速傅里叶变换（FFT）FFT 是一种快速计算傅里叶变换的算法，大大提高了计算效率，适用于对大量数据的实时分析。

电能质量如何治理-无功补偿与谐波治理的配合安科瑞王志彬电能质量治理设备制造业的发展，主要体现在无功补偿技术和谐波治理技术的不断创新和改进。

本文结合行业发展时应市场需求而衍生出的具有代表性的产品与我司能提供的治理方案来整理出无功补偿与谐波治理间的关系。

引言全球工业的快速发展对能源消耗需求迅速增加，以至上世纪70年代起，造成能源大量消耗、能源价格快速上涨，以致能源危机发生。

与此同时，矿物能源的使用对自然环境产生破坏，出现全球气候异常。

在此背景下，各国政府出台能源节约政策，鼓励节能产品应用和技术推广。

而对于我司节能控制事业部来说，我司能为市场做出服务就包括了电能质量治理。

而想要治理好电能质量，就需要知道电能质量中无功补偿与谐波治理的关系。

无功补偿技术随着电力监管部门对用户功率因数要求的提高和企业对电能质量重要性认识的提升，无功补偿装置在国内的市场需求自2004年左右开始爆发。

对于用电业主而言，要求相当明确，功率因数达标，不被供电部门罚款甚至奖励，而由于负载侧设备的更新换代，无功补偿技术需要面对的问题就越发多样，（三相不平衡，零线过流，负载变化频率和幅值较大，谐波危害等等。

）因为无功补偿面对的问题日益增加，无功补偿的方法也就越来越多，从传统的带旋转机械的方式到现代的电力电子元件的应用，经历了数十年的发展历程，先后出现了调相机、固定补偿电容器、SVC、SVG等产品。

第一阶段：同步调相机和固定补偿电容器：早期的无功补偿装置是同步调相机和固定补偿电容器。

前者运行成本高、安装复杂，后者补偿容量较大，但不能连续调节，而且可能与系统发生谐振。

同步调相机补偿方式在目前的无功补偿项目中已不再使用。

固定补偿装置主要由电力电容器、电抗器和机械开关构成，是一种较简单的无功补偿装置，可分级、分组投切，但不属于动态无功补偿，因其价格低廉，适用于负荷波动不频繁的场所。

固定补偿装置是70年代最普遍的无功补偿方式，随着电力电子的应用以及电力部门的考核要求，固定补偿不能满足系统无功的变化，同时因为系统谐波，固定补偿装置对谐波放大形成隐患，该技术目前已逐渐淘汰。

电能质量问题分析与治理电能质量是指电网电能满足用户负载性能要求的能力，其指标包括电压稳定性、频率稳定性、谐波、波形畸变等。

电能质量问题不仅会影响电器设备的使用寿命和性能，还会造成电能的浪费和对环境的污染。

因此，电能质量问题的分析和治理也成为了当今电力领域的重要议题。

电能质量问题的原因电能质量问题的出现是由于电力系统中各种因素的影响，包括电源、电网、负载等因素。

其中，电源方面的因素主要包括电压波动、电压闪变、电压谐波等；电网方面的因素主要包括短路故障、线路阻抗等；负载方面的因素则主要包括非线性负载等。

电源方面的因素电源方面的因素主要包括电压波动、电压闪变、电压谐波等。

电压波动是指电网电压在一定时间内突然变化的现象，例如因短路故障、大负荷启动等原因造成电网电压瞬间降低或升高。

电压闪变则是指电网电压的瞬间变化，例如当大型电动机启动时，其突然的电流冲击会引起电压的瞬间下降，从而影响电能质量。

电压谐波则是指电网电压中包含有超过基波频率的波形，其存在主要是由于非线性负载所导致的。

电网方面的因素电网方面的因素主要包括短路故障、线路阻抗等。

短路故障是指电力系统中线路短路故障导致电站输出电能下降或中断，从而影响电能质量。

线路阻抗则是指线路本身的电阻和电感，其存在会使得电能传输时会出现损耗并影响电能质量。

负载方面的因素负载方面的因素主要包括非线性负载等。

非线性负载指的是与电源输出电压不成线性关系的负载，例如电动机、放电灯、电子设备等。

由于非线性负载会产生电磁干扰和谐波，从而导致电能质量问题的出现。

电能质量问题的治理针对电能质量问题，需要采取一系列的技术手段和管理措施进行治理。

其中，技术手段主要包括改进供电网的质量和稳定性、提高电器设备的质量、采用滤波器和无功补偿等措施；管理措施则主要包括制定相关的技术标准和规范、加强对电能质量监测和测试、加强对新能源电力系统的规划和建设等。

改进供电网的质量和稳定性在电能质量问题治理中，一个重要的方向就是改进供电网的质量和稳定性。

电力系统中电流谐波的监测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，电流谐波的存在却给电力系统带来了诸多问题。

电流谐波不仅会影响电力设备的正常运行，降低电能质量，还可能引发电力故障，甚至造成严重的安全隐患。

因此，对电力系统中电流谐波的监测与治理成为了电力领域的一个重要课题。

一、电流谐波的产生要理解电流谐波的监测与治理，首先需要了解它的产生原因。

电流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电力电子设备，如变频器、整流器、逆变器等；电弧炉、电焊机等工业设备；以及一些家用电器，如节能灯、计算机电源等。

这些非线性负载在工作时，其电流和电压的关系不再是简单的线性关系，从而导致电流波形发生畸变，产生了谐波成分。

例如，在变频器中，通过对电源进行整流和逆变操作来改变电机的转速。

在这个过程中，由于半导体器件的开关动作，电流会出现高频的脉动，从而产生谐波。

二、电流谐波的危害电流谐波对电力系统的危害是多方面的。

首先，它会增加电力设备的损耗。

谐波电流在电力线路和变压器中流动时，会产生额外的热量，导致设备温度升高，降低其使用寿命。

其次，谐波会影响电力测量仪表的准确性。

例如，电能表可能会因为谐波的存在而计量不准确，给电力用户和供电部门带来经济损失。

再者，谐波还会干扰通信系统。

在电力线路附近的通信线路中，谐波可能会引起噪声，影响通信质量。

此外，严重的谐波还可能导致电力系统的电压波动和闪变，影响电气设备的正常运行，甚至引发电力系统的故障。

三、电流谐波的监测为了有效地治理电流谐波，首先需要对其进行准确的监测。

电流谐波的监测方法主要包括以下几种：1、基于傅里叶变换的谐波分析这是目前最常用的方法之一。

通过对采集到的电流信号进行快速傅里叶变换（FFT），可以将其分解为不同频率的谐波分量，从而得到各次谐波的幅值和相位信息。

2、谐波功率测量除了测量谐波的电压和电流幅值外，还可以通过测量谐波功率来评估谐波的影响。

电力系统中的谐波治理电力系统中的谐波是指频率为基波频率的整数倍的电压或电流的波动。

它们可能是由非线性负载引起的，如电脑、UPS、LED照明、变频器、电动机等。

谐波不仅会影响电力系统的稳定性和电能质量，还会给设备带来潜在的损害。

因此，对电力系统中的谐波进行治理至关重要。

在进行谐波治理之前，需要先了解谐波的特性。

谐波的主要特性包括：频率、振幅、相位、波形和谐波总畸变率（THD）。

其中，THD是指总谐波含量与基波电压或电流的比值。

THD越高，电能质量越差，设备受到的影响也越大。

治理谐波的方法主要包括：被动治理和主动治理。

被动治理是通过安装谐波滤波器等被动元件来限制谐波传播，从而达到治理的目的。

主动治理则是通过控制非线性负载，减少谐波的产生。

被动治理不仅可以减少谐波对电网的影响，还能够提高设备的寿命和可靠性。

但是，被动治理有其局限性，比如无法处理谐波产生的根本问题。

主动治理则可以从根本上解决谐波产生的问题，但成本较高，需要配备高度控制的设备。

被动治理中最常见的方法是安装滤波器，如谐波停波器、谐波抑制器等。

谐波停波器是一种被动电子设备，它可以用来过滤电路中的谐波。

谐波停波器主要由电感、电容和电阻等元件组成，其作用是消除电路中的高频噪声。

谐波抑制器是一种被动元件，它可以消除电力系统中谐波对设备的影响。

谐波抑制器主要由电感、电容和电阻等元件组成。

主动治理主要有以下几个方面：调整电脑、LED照明、UPS等非线性负载的工作状态；使用有源滤波器和多电平变频器等技术；使用LCL型滤波器等，从而控制谐波的产生和分布。

调整非线性负载的工作状态，可以减少谐波的产生，从而降低谐波的总畸变率。

有源滤波器可以根据实际需要自动选择不同的滤波器参数，从而达到滤波的目的。

多电平变频器可以产生多种不同频率的电压，从而控制谐波的产生和分布。

LCL型滤波器则可以限制谐波的传播，从而提高电能质量和设备的寿命。

在电力系统中，谐波治理需要遵循以下几个原则：首先，应尽可能采取前端控制措施，控制接入电网的非线性负载；其次，应优先考虑被动治理措施，如安装谐波滤波器等；最后，如果被动治理无法满足要求，应考虑采用主动治理措施。

电力系统谐波问题分析及防治措施摘要：电力谐波会增加电能损耗、降低设备寿命,威胁电力设备和用电设备安全可靠运行,并对周边的通讯等设施造成干扰。

分析电网谐波的产生和影响,并及时提出谐波的综合治理办法,对于防止谐波危害、提高电能质量是十分必要的。

本文概述了谐波及其产生、谐波的危害,以及谐波治理方法。

关键词：电力系统；谐波；来源；危害；治理方法谐波的定义与来源1、谐波的定义国际上对谐波公认的定义是：“谐波是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”。

在电力系统中，谐波分为谐波电压和谐波电流，其对系统的影响通常用“谐波含有率”和“总谐波畸变率”两个参数来衡量。

具体定义如下:谐波含有率:第h次谐波分量方均根值与基波分量方均根值之比。

HRU(h次谐波电压含有率)，HRI(h次谐波电流含有率);总谐波畸变率:除基波外的所有谐波分量在一个周期内的方均根值与基波分量方均根值之比。

U，I;THD(总谐波电压畸变率)，THD(总谐波电流畸变率);谐波含有率仅反应单次谐波在总量中的比重，而总谐波畸变率则概括地反映了周期波形的非正弦畸变程度。

谐波按矢量相序又可分有正序谐波、负序谐波和零序谐波。

所谓正序是指，3个对称的非正弦周期相电流或电压在时间上依次滞后120°，而负序滞后240°，零序則是同相。

其特征如表1:表1 正序谐波=3h-2，负序谐波=3h-1，零序谐波=3h。

在平衡的三相系统中，由于对称关系，不会在供电电网中产生任何偶次谐波。

谐波的定义与来源具体来说谐波产生的原因有以下三个方面：(1) 发电源的质量不高而产生的谐波发电机的结构中，由于三相绕组在制作上无法做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致，所以磁通密度沿空间的分布只能做到接近正弦分布，所以磁通中都有高次谐波，电势中也就有高次谐波，其中三次谐波占主要成分[2]。

(2) 输配电系统产生的谐波在输配电系统中则主要是变压器产生谐波，变压器饱和时的励磁电流只含有奇次谐波，以3次谐波最大，可达额定电流0.5%，对于三相变压器，3倍次谐波的磁通经由邮箱外壳构成闭合磁路，因而磁通中对应该次的谐波较小（单相铁芯的10%），绕组中有三角形接法时，零序性谐波电流在闭合的三角形接线中环流而不会注入电网。