电能质量与谐波分析

网 ，或 者 阻 止 电力 系 统 的谐 波 流 入 负 载端 。 由于 谐 波源 的 广 泛 和 复 杂 性 ， 主 动 治 理 受 设 备 所
图 １ 分析仪的 系统组成
３２ Ｆ Ｕ ． Ｌ Ｋ
／ａ ４ ｓ分析 仪 的正确 测试 分 析步 骤
严格按照操作 步骤进行 测试 ，并记 录、保 存现 场 信息和测试数据。
电 能质量 管理
电 能 质 量 分 析 仪 在 谐 波 治 理 中 的 应 用
朱树 文 ，王 海 涛 ，王 永 波
（ 东山大华 天科技 股份 有 限公 司 ，济 南 ２ ０ ０ ） 山 ５ １ １
Ｌ Ｅ ３／３ ［ 摘要 ］ 结合 电能质量 的国家标 准 ，介绍 了美国 Ｆ ＵＫ ４ ４ ４ ５电能质量分析仪 的基本 构成、功能及在 改善 电 能质 量谐 波治理方 面的测试 分析及应用过程 。
３ ２ １ 现 场 测 试 准 备 工 作 ．．
限 ，受端治理和被动 治理方 法仍是 目前治理 电力谐 波 的主要方法 。先进治 理产 品主要有静 止无功 补偿装 置 （Ｖ ） Ｓ Ｃ ，包括晶闸管投切电容器 （ Ｓ ） Ｔ Ｃ 和晶闸管控制 电 抗器 （ Ｃ ） Ｔ Ｒ 、无 功发生器 （ＶＧ 、可控 串联 电容 补偿 ｓ ）
析。
其次 ，了解并 记录配 电系统 的高压进 线柜 开关整
定参数 、变压 器铭牌 数据 、低压母 线进线 柜开关 的整 定参数 、负载容量分 布、无功补偿 柜及 负荷 的波 动等
基本情况 ，有助 于接下来 的测试及 用户 配电系统短 路
容 量 分析 ，必 要 时 可 画 出被 测 配 电 系统 一 次线 路 图 。
３ 电 能质 量 分 析 仪 的 谐 波 测 试 应 用

何源鑫
厦门电业局
严 重时 以致 无法 正常 稳定 的工作 ， 或 因参数 波动 较 大 ， 影 响 【 摘 要ｌ近几年来， 随着国民经济的快速发展对供电企业的电 作状 态 ，
正常使用 。 为了 减 少电解整 流装 置及 变频器产生 的谐 波对 电网的污染， 需对 于配 电 （ 二） 谐 波电流 能对 继 电保 护装 置产生干扰 ， 甚 至造 成保护 装置误 网谐波 所产生 的主要 的原因进行分析与治理 ， 不但可 以有效 的降低 供 电 动作 。 因为控制 设备 的工作电压 和电流 通常都 是按 照工业频率 和正 弦 线路的电能损耗， 还能有效的增加了电力设备的使用寿命。 波形 设计 的 ， 能 承受的 不稳 定 电流有 限 ， 谐 波会 使正 常工作条 件受 到 【 关键 词 ｌ电能质量 ； 原因； 危害； 治理 干扰 ， 严重时将造成误动或拒动， 而引起和扩大事故。 同时， 谐波还 可 以使 电能的 生 产、 传输 和 利 用率 降低 ， 使 电气设 备 过热 、 产生 振 动 引言 和 噪声 ， 并 使 绝缘 老化 ， 使用寿 命缩 短 ， 甚至 发生 故障 或烧 毁 。 电能质 量就 是供 电 电压 特性 ， 即关 系到用 电设 备工作 （ 或运 行） （ 三） 在 无功 补偿 电容 与电力系统 中的电感 ， 电缆 和架 空混 合线 路 居 民用 户和 工业 用 户） 的线 路构 成了局 部 电感 、 电 的供电电压和电流各种指标偏离理想值 （ 额定值或标称值） 的程度。 以 及 用电性 质复 杂（ 它们 的组 合有时 会对某 次 谐 波电流 起 到放 大 作用 ， 加 剧 了谐 电能 质量的 指标 包括 ： 电压 偏差 、 频率 偏差 、 谐波 、 电压波 动和 闪变、 容 回路 ， 三 相 电压 不 平衡 度 、 暂时 过 电压 和瞬 态过 电压 、 电压 暂 降 、 波形缺口 波危害。 当它们构成的局部谐波回路的频率与系统中存在的某次谐波 就会造成 危 险的过 电流 和过 电压 。 等， 理 想 的电能 质量是 频率 为５ ０ Ｈｚ 、 三相平 衡 、 电压 电流波 形为 单一 频 率相 近时 ， 频 率的正 弦波 。 （ 四） 谐波电流影响测量仪表的精度， 造成 电能计量误差。 同时干 １ ． 谐波产生的原因分析 扰 通信 线路 的正 常工作 ， 引起测 量仪 表 动作 产生错 误 ， 使电能 计 量 出 电 网谐 波来 自于三个方 面 ： 一 是发 电源 质量 不 高产 生谐 波 ； 二 是 现 混乱 。 输配电系统产生谐波； 三是用电设备产生谐波。 其中用电设备产生的 ４ 对谐波的综合治理 谐 波最 多。 卜－ ） 定期进行谐波检测。 配电网主管部门要定期组织专业技术人 并做出正确测量和科学的记录、 统 谐波产生的根本原因是 由于电力系统中某些设备和负荷的非线 员定期对所辖电网进行系统分析， 性特性 ， 使所加的电压与电流不成线性关系而造成的波形畸变。 引起 计， 以确定谐波源的具体位置和产生的原因。 在配电网谐波产生起伏 波形畸变的谐波源是多种多样的， 例如各种非线性元件， 包括大容量 较大 的地方 ， 可设 置长期 观 察点， 收 集可靠 的数据 。 的晶闸管换流装置、 硅整流器及电弧炉等非线性负载， 数量众多的家 （ 二） 应 用无源 滤波 装 置 。 当前 ， 在 国 内对配 电网中无 源滤 波 装 置 用电器等等。 另外 电力系统不对称运行和不对称故障以及电弧的非 是应用最为有效的谐波治理措施之一。 无源滤波装置具有成本低、 技 线性 特性 等 等 ， 均 可 引起 高次 谐 波 。 针 对厦 门同安地 区 主要是 以下 电 术成熟、 补偿无功等优点， 其利用电感、 电容等元件的谐振特性， 在 力设备 产生谐 波污 染 ： 阻抗 分 流 回路 中形成低 阻抗 支路 ， 从而 减 小流 向电 网的谐 波电流 。 但 （ １ ） 晶闸管整流设备。 由于晶闸管整流在电力机车、 铝电解槽、 是在实际应用中， 要注意控制滤波补偿的负载参数， 以防止滤波特性 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 的改 变 。 我 司ｌ ｌ Ｏ ＫＶ变 电站 就 是 采用成 熟的 ３ ５ ＫＶ 级 无源 滤波 装 置 ， 成了大 量的谐 波 。 在３ ５ ｋ Ｖ侧 Ｉ 、 Ⅱ 段母 线 各上一套ＴＢ Ｂ Ｃ — Ｌ 一 ３ ５ 的固定 滤波 补 偿装 置 ； （ ２ ） 变频装置常用于风机、 水泵、 电梯等设备中， 由于采用了相 该 装 置集 电 网谐 波 滤 波 、 无功 补 偿于 一 体 ， 可 以 滤除 电网谐 波 同时 位控 制 ， 谐波 成 分很 复杂 ， 除含 有整 数次 谐波 外 ， 还含 有分 数 次谐 波 ， 补偿电网中的无功功率。 每套无源滤波装置５ 次、 ７ 次、 ｌ １ 次兼高通滤 这类 装 置的功 率一 般较大 ， 随 着 变频调 速的发 展 ， 对电 网注 入 的谐 波 波 支路 的 安装 容量 分 别为 ３ ６ ０ ０ ｋ ｖ ａ ｒ 、 ３ ０ ０ ０ ｋ ｖ ａ ｒ 、 ４ ８ ０ ０ ｋ ｖ ａ ｒ ， 总安 装 也不 容忽视 。 容量１ １ ４ ０ ０ ｋ ｖ ａ ｒ ， 其中基波补偿容量为８ ０ ９ ２ ｋ ｖ ａ ｒ ｌ 则主变无功补偿量 （ ３ ） 电弧炉、 电石炉。 由于加热原料时电炉的三相电极很难同时 ２ ＊ ８ ０ ９ ２ ｋ ｖ ａ ｒ ， 余下 １ ３ ． １ ３ ６ Ｍｖ ａ ｒ 的 无功 功率 分别 在 低压 变 、 配 电室 就 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 地 补偿 ， 使 功率 因数达 到Ｏ ． ９ ５ 。 生谐 波 电流 ， 经变压 器的三角形 连接 线 圈而 注入 电网。 （ 三） 对于 电容 器进 行改 造 。 由于 当配电 网频率 增加 时 ， 电容 性电 （ ４ ） 旋 转 电动 机 。 交 流 电动 机 磁场 的 磁路 是 由定子 磁 轭 、 定予 抗 会随 之减 少 的特性 。 电容 器对供 电电压的谐 波分 量特 别 敏感 ， 即 齿与 空气 隙等组 成 的 闭合 回路 。 当铁 心未 饱 和时 ， 可 认为 时磁 通势 是 相 对较 小比 例的 谐 波电 压 可以 引起 很大 的 电流 流 入 电容 回路 。 如 果 集 中在 两个空 气隙 。 若空 气隙 是均 匀的 ， 则 磁通 势也 是沿 定 、 转 子 表 电容器组或电力系统所连接的电抗的自 然频率接近与一个特定的谐 面均 匀分布 而不 是正 弦 分布 ， 将 它分 解 可得谐 波分 量 ， 在 电压 、 电流 波 ， 就 会发生 局部 谐振 。 因此 ， 在 配电 网中电流 增 高时， 可以 采用以下 中会 由相应 分量 产生 。 的方法： 有源电力滤波器； 混和滤波器； 并联谐波滤波器或谐波抑制 （ ５ ） 开 关模 式 电源 （ Ｓ ＭＰ Ｓ ） 。 现代 大 多数 的电子设 备都 使 用开 电抗器 。 关模 式电源 ， 其 特点 是它 不能从 电网中汲 取连 续 的电流 ， 而 只能汲 取 （ 四） 降低电流波形。 在配电网谐波的综合治理中， 虽然滤波电路 脉 冲 电流 ， 此 脉冲 电流含 有大量 ３ 次及 高次谐 波分 量 。 可以有效的抑制电流的干扰， 但是对于解决电流波形 出现畸变现象 ２ ， 同． 翔两 区谐波 现 状 仍然存在一定的技术漏洞。 在配电网谐波治理中必须通过有效的措 目前同安地区电网的工业负荷类型较复杂多样， 包括水泥生产企 施降低电流波形， 使其不产生畸变， 进而达到科学减少电流谐波含量 业、 机械加工行业、 造纸行业、 饮料造酒行业、 陶瓷加工企业、 金属加 的效 果 。 工企业等； 翔安地区电网的工业负荷主要有钢铁电子 纺织化工厂 ５ 结 束语 冶金 铸造 汽 车焊 机 行企 业 等。 这些 企 业中均 大量 使用 各种 电机 、 以上所述， 主要对于谐波是影响配电网整体供电质量的关键性 中频 炉、 电弧炉 、 整 流 逆变 装置 、 电 弧炉 、 中频炉 、 开 关器 件等 电力 电 因素 。 因此 ， 我们 在配 电网 的管 理 和检 测 当中， 供 电企 业要 求各 级 电 气 器件， 这些 设备在 运行 过程 中产生 大量 的谐 波注 入 电网， 对 电网造 力主管部门要全面提高 电网谐波的预防与治理工作， 降低谐波的含 成严 重的谐 波污 染， 导 致了较大 的安 全隐患 。 量， 防止配 电系统 的电压和 电流 出现 畸变 ， 从而 产生谐 波 。 ３ ， 谐 波的 危害 性有 以下几点 （ 一） 由于 谐波 电流 的不稳 定性 ， 在 工业 生 产中和 电机旋 转 磁场相 参考文献 互作用 产生 的 不稳 定 脉 动转 矩 会 造成 电机 的 震 动， 当电 机的 机 械 系 ［ ｆ 】 张 振 飞． 新 型 谐 波 电流 预 测 技 术研 究【 Ｊ 】 ． 呼 伦 贝 尔 学 院 学 统 的 自然 频率 在 受 到上 述 转矩 的激 发而 可 能 引起 共 振 时 ， 则会 损坏 报 ， ２ ０ ０ ６ ， （ ９ ） ． 电机设备， 更有甚者会危及人身安全。 对电子线路设备造成不稳定工 ［ ２ 】 罗安 ． 电力系统谐 波及 其抑 制［ Ｊ 】 ． 电气传 动 ， ２ ０ ０ ７ ， （ ２ ） 网建�

电网谐波与电能质量监测技术电能质量是指电力系统中电能供应的可靠性和稳定性的一个重要指标。

然而，在现代电力系统中，由于电力设备的快速增长和使用非线性负载的普及，谐波问题成为了影响电能质量的主要因素之一。

因此，电网谐波与电能质量监测技术的研究和应用显得尤为重要。

谐波是指在电力系统中频率高于标准电源频率（通常为50Hz）的波形。

它们主要源自电子设备的开关操作和非线性元件的存在。

谐波的存在会导致电力系统中出现电压失真、电流失真、功率损耗增加等问题，严重影响电能质量，甚至可能损坏电力设备。

因此，对谐波进行监测和分析，成为了电力系统运行和维护的重要任务。

电网谐波与电能质量监测技术主要有一下几个方面的内容：1.谐波监测仪器和设备：谐波监测仪器是对电力系统中谐波进行实时、连续监测的关键工具。

目前市场上存在各种类型的谐波监测仪器，包括谐波分析仪、谐波电能仪、谐波电流传感器等。

这些仪器可以对电网中的谐波进行实时监测，并提供相关的数据和分析结果。

通过使用这些仪器，电力系统运维人员可以及时发现谐波问题，并采取相应的措施进行修复。

2.谐波分析方法：谐波分析是对电力系统中谐波进行定量和定性分析的过程。

目前，常用的谐波分析方法主要有频谱分析法、快速傅里叶变换法和小波分析法等。

这些方法可以帮助电力系统运维人员准确地确定谐波频率、谐波的幅值和相位等信息，为处理谐波问题提供依据。

3.谐波抑制和滤波技术：为了减少谐波对电力系统的不良影响，人们研发了许多谐波抑制和滤波技术。

谐波抑制技术主要通过控制电流波形的非线性元件，例如使用谐波抑制变压器、谐波抑制电抗器等。

滤波技术则是通过设计和使用谐波滤波器来削弱电力系统中的谐波。

这些技术的应用可以有效地减少谐波带来的问题，提高电能质量。

4.电能质量监测系统：电能质量监测系统是一个集成了谐波监测、电能质量分析、报警和管理等功能的综合性系统。

通过安装电能质量监测设备，可以实时地监测电力系统的电压、电流、功率因数等参数，并通过数据分析和处理，提供相关的报警和管理功能。

电能质量与电力系统谐波什么是电能质量？电能质量是指电力供应系统中电压、电流和频率的稳定性和纯度程度。

在现代化社会中，电力作为基础设施的重要组成部分，对于各行各业的正常运行起着至关重要的作用。

因此，确保电能质量的稳定和纯净对于保障供电可靠性和设备安全运行至关重要。

电能质量问题主要体现在电压波动、电压谐波、电流谐波、电力频率偏差等方面。

这些问题可能导致电力设备损坏、生产故障、通信中断等不良后果。

因此，了解并控制电能质量问题是电力系统管理和电力设备使用的重要任务。

电力系统谐波的特点和影响电力系统谐波是指电压和电流中存在的除基波外的频率成分。

通常情况下，电力系统的电压和电流都应该是纯正弦波形式，然而，在实际运行中，由于电力设备的非线性负载、变压器的饱和现象等原因，电力系统中会产生谐波。

电力系统谐波对供电系统和终端设备都会产生影响。

谐波会产生附加损耗，增加电能消耗成本。

谐波会导致电网电压波动和频率偏差，影响设备的正常工作。

谐波还会对电气设备和通信设备的寿命产生负面影响。

因此，减少和控制电力系统谐波是解决电能质量问题的重要手段。

电能质量管理的措施为了解决电能质量问题和减少电力系统谐波影响，采取一系列的管理措施是必要的。

以下是一些常用的措施：安装谐波滤波器：谐波滤波器是一种用于控制电力系统谐波的设备。

通过将谐波滤波器连接到电网和负载之间，可以有效地减少谐波水平，确保供电的稳定和纯净。

控制非线性负载：非线性负载是主要的谐波源之一。

通过在电力系统中控制非线性负载的使用，可以减少谐波的产生，降低电网的谐波水平。

设备升级和优化：对于电力设备来说，升级和优化是提高电能质量的有效手段。

通过使用更先进的设备和技术，可以减少谐波的产生和传播，提高电力系统的效率和可靠性。

定期维护和检测：定期的维护和检测是保证电能质量的重要环节。

及时发现电力设备的故障和问题，并进行修复和优化，可以有效地减少谐波和其他电能质量问题的发生。

电能质量与用户的关系电能质量不仅仅是对电力系统来说重要，对用户来说也至关重要。

国内领先的能源管理、电能质量治理与节能服务的高新技术企业，帮助用户建立能源管理中心，精细化管理能源，降低能耗，使能源的应用更加安全、可靠、高效、多产；为用户提供满足其个性化需求的电能质量综合治理、节能解决方案和工程项目服务。

随着电力电子技术的发展,电网中的谐波污染越来越严重,电能表是否准确、真实地反映非线性用户的用电量还是一个正在探讨的问题。

因此分析研究谐波对电能计量的影响具有重要意义。

2.1谐波对电磁式电能表的影响传统的电磁式电能表是利用处在交变磁场金属中的感应电流与有关磁场形成力的原理制成,由于这类电能表是按照工频正弦波设计制造的,只能保证在工频范围很窄的频带内具有最佳的工作性能。

当电力系统中的波形发生畸变,感应式电能表不可避免地会产生计量误差。

根据图1得出:电磁式电能表的电能计量误差频率特性曲线呈迅速下降趋势;计量误差随频率的增高而增大;谐波频率为20倍频(1000Hz)左右时,误差超过了-90%;不同功率因数下的误差值有一定的差异。

从计量原理上对电磁式电能表进行分析,得出电磁式电能表在谐波条件下计量的电能一般不能正确反映用户实际使用的电能,具体如下:(1)当用户为线性用户时,谐波与基波潮流方向一致,电能表计量的是基波电能和部分谐波电能,计量值大于基波电能。

线性用户不但受到谐波损害,而且还要多交电费。

(2)当用户为非线性用户(即谐波源)时,用户除自身消耗部分谐波外,还向电网输送谐波分量,向电网输送的这部分谐波潮流与基波潮流方向相反,电能表计量的电能是基波电能和扣除这部分谐波电能,计量值小于基波电能值。

非线性用户虽然污染了电网,反倒少交了电费。

所以随着电网谐波的增多,人们对电能质量的要求越来越高,电磁式电能表逐步会被淘汰。

2.2谐波对电子式电能表的影响目前,电子式电能表在城市电网中已经得到普遍使用,我国的电子式电能表主要采用模拟式分割乘法器实现测量电功率和电能。

随着电力系统谐波含量的不断增加,电子式电能表在谐波下的计量不可避免地出现误差。

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—谐波示波器波形的分析1. 波形特征和谐波含量 第一个波形如图(1)所示，其特征是中心对称。

对称中心在坐标为(π ,0)的点。

只要把纵座标轴右移至ωt=π 处，新坐标系中的波形就成了奇函数。

这样f(ωt)就可化成奇谐波表达式。

所谓奇谐波表达式就是：f(ωt)=∑∞=1)sin (n nt n B ω 很容易证明奇谐波表达式满足f(-ωt)= -f(ωt)，因为f(-ωt)==-∑∞=1)]}(sin[{n n t n B ω∑∞=-1)]sin([n n t n B ω = -∑∞=1)sin (n n t n B ω= -f(ωt) 表达式中不能带有余弦项，否则无法证明f(ωt)的奇函数特征。

第二个波形如图（2）所示，其特征是反对称。

可化成奇次谐波表达式。

所谓反对称就是把图（2）上半波右移π后与负半波是关于横轴镜像对称的波形。

根据给定的条件f(ωt)=-f(π+ωt)可以证明A 2n =0和B 2n =0，下标2n 代表偶次谐波。

证明：A 2n =π1⎰πωωω20)()2cos()(t d t n t f =π1[)()2cos()(0t d t n t f ωωωπ⎰+⎰ππωωω2)()2cos()(t d t n t f ]第二个积分中换元πφω+=t ，故d φωd t =)(，由于πφω+=t ，积分下限πω=t 时 0=φ，积分上限πω2=t 时πφ=，所以换元后第二个积分变成⎰++πφπφπφ0)22cos()(d n n f = -⎰πφφφ0)2cos()(d n f 代入了已知条件f(φ+π)= - f(φ) 所以A 2n=π1[⎰πξξξ0)2cos()(d n f -⎰πφφφ0)2cos()(d n f ]0≡因为定积分值与积分变量无关。

为醒目起见，前一个积分表达式中用ξ代替了积分变量ωt 。

第三个波形图如(3)所示。

图示波形的特征是，它既满足反对称的条件也满足中心对称的条件。

电能质量及谐波标准内容提纲1( 电能质量基本概念2( 电能质量的影响3( 电能质量国家标准综述4( 电能质量国家标准摘要5( 电能质量国外标准简介6( 谐波国家标准基本内容7( 国外谐波标准介绍1 电能质量的基本概念(1) 电力系统概况:结构、有功和无功平衡，各种干扰(2) 电能质量——关系到电气设备工作(运行)的供电电压指标。

(3) 电能质量指标:电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、波形缺口、……(4) 电能质量指标特点:a. 空间上、时间上不断变化b. 需要供、用电双方共同合作维护(5) 电能质量问题的由来随电力工业诞生而存在的一个传统问题;现代用电负荷结构发生了质的变化。

电力电子技术广泛应用，家用电器普及，炼钢电弧炉和轧机的发展等，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性引起电能质量的恶化。

计算机的普及、IT产业的发展、微电子控制技术应用导致对电能质量要求越来越高。

例如:一个计算中心失电2s就可能破坏几十个小时数据处理结果，导致几十万美元产值损失;1,2周波供电电压暂降，就可能破坏半导体生产线，导致上百万美元损失。

据统计美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。

2005年由国际铜业协会(中国)的一次“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”中，调查了32个行业，共92个企业中有49个企业，因电能质量问题，在经济上损失2.5,3.5亿元(人民币)，每个企业年经济损失约10万,100万(人民币)(其中有四家年损失1000万元以上)。

(6) 关于电能质量的定义Power Quality——电能质量(电源质量、电力质量、电力品质) 导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。

合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是都适合于该设备正常工作的。

? 在电力系统中某一指定点上电的特性，这些特性可根据预定的基准技术参数来评价。

电能质量及谐波标准内容提纲1．电能质量基本概念2．电能质量的影响3．电能质量国家标准综述4．电能质量国家标准摘要5．电能质量国外标准简介6．谐波国家标准基本内容7．国外谐波标准介绍1 电能质量的基本概念（1）电力系统概况：结构、有功和无功平衡，各种干扰（2）电能质量——关系到电气设备工作（运行）的供电电压指标。

（3）电能质量指标：电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、波形缺口、……（4）电能质量指标特点：a. 空间上、时间上不断变化b. 需要供、用电双方共同合作维护（5）电能质量问题的由来Ø 随电力工业诞生而存在的一个传统问题；Ø 现代用电负荷结构发生了质的变化。

电力电子技术广泛应用，家用电器普及，炼钢电弧炉和轧机的发展等，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性引起电能质量的恶化。

Ø 计算机的普及、IT产业的发展、微电子控制技术应用导致对电能质量要求越来越高。

例如：一个计算中心失电2s就可能破坏几十个小时数据处理结果，导致几十万美元产值损失；1～2周波供电电压暂降，就可能破坏半导体生产线，导致上百万美元损失。

据统计美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。

2005年由国际铜业协会（中国）的一次“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”中，调查了32个行业，共92个企业中有49个企业，因电能质量问题，在经济上损失2.5～3.5亿元（人民币），每个企业年经济损失约10万～100万（人民币）（其中有四家年损失1000万元以上）。

（6）关于电能质量的定义Power Quality——电能质量（电源质量、电力质量、电力品质）Ø 导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。

Ø 合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是都适合于该设备正常工作的。

Ø 在电力系统中某一指定点上电的特性，这些特性可根据预定的基准技术参数来评价。

电力系统谐波对电能质量影响的分析电力系统谐波对电能质量影响的分析电力系统谐波对电能质量影响的分析1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（在我国取工业用电频率50Hz为基波频率）整数倍的正弦分量又称为高次谐波。

在供电系统中产生谐波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中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。

供电系统中的谐波问题已引起各界广泛关注，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。

2谐波源在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。

在发电环节中对发电机的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。

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设备如：变压器、电抗器等；（2）以具有强烈非线性特性的电弧现象的设备如：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电源的设备如：各种电力交流设备（整流器、逆变器、变频器）、相控调速和调压设备，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、电气化铁道、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（或称之非线性负荷）显著的特点是他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，但由于他们具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。

电路电能质量分析了解电路中的谐波和失真问题电路电能质量分析：了解电路中的谐波和失真问题在现代社会，电力已经成为人们生活和工作中不可或缺的能源。

然而，电力供应过程中存在着电能质量问题，其中包括谐波和失真等。

本文将重点介绍电路中的谐波和失真问题，并分析其对电能质量的影响。

一、谐波问题1. 什么是谐波？在电力系统中，谐波是指频率为整数倍于基波频率的电压或电流成分。

谐波会导致电网中出现频率高于供电频率的振荡波形，对电能质量造成不良影响。

2. 谐波的来源谐波的产生源自于电网负载中的非线性元件，如电力电子设备、照明灯具和电机等。

这些设备引入非线性电流，产生了谐波。

3. 谐波的影响（1）功率因数下降：谐波电流增加了电网中的总谐波失真，导致电网功率因数下降，使电网运行不稳定。

（2）设备寿命缩短：谐波电流会引起设备内部温度升高，从而缩短设备的使用寿命。

（3）干扰其他设备：谐波波形会干扰其他设备的正常工作，影响电力系统的稳定性。

二、失真问题1. 什么是失真？失真是指电压或电流的波形发生变形，不再是正弦波。

电力系统中的失真主要包括谐波失真和非谐波失真。

2. 失真的来源失真电压和电流可以来源于负载中的非线性元件，也可以由电力系统中的瞬时干扰引起。

3. 失真的影响（1）设备损坏：失真电流和电压会导致设备内部的电压应力加剧，引起设备损坏甚至过载。

（2）电能损耗：失真电压和电流会增加输电线路的电能损耗，降低电能的传输效率。

（3）热损失：失真电流会导致线路和设备发热增加，浪费电能资源。

三、电路中的改善方法1. 过滤器的应用电路中可以使用谐波滤波器来抑制谐波成分，将非线性负载引起的谐波滤除，降低电能质量问题。

2. 能量回收技术对于非线性负载，可以采用能量回收技术，将无功功率转化为有用的电能，提高能量利用率。

3. 电源设计与选择在设计电源时，选择符合国际电能质量标准的高质量电源设备，降低对电能质量的影响。

4. 故障检测与预防定期进行电能质量检测，及时发现并排除电路中潜在的问题，减少失真和谐波的发生。

RL Pi X L Qi d 100% 2 Un
在高压电网中，一般
，则 X L远大于RL
Qi d 100% Sk
在无功功率的变化量为主要成分时（例如大容量电动机起动） Si d 100% Sk
三、电压波动和闪变的降低
1.采用合理的接线方式 如对波动负荷采用专线供电ห้องสมุดไป่ตู้ 与其它负荷共用配电线路时，降低配电线路阻抗；
GB/T15945－2008《电能质量 电力系统频率偏差》规定： 电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz。当系统容量 较小时，偏差限值可以放宽到±0.5Hz。 电力系统频率的变化主要是由有功负荷变化引起的。 根据负荷的变动进行电力系统的频率调整，分为一次、二 次、三次调整。 如果电力系统发生短路故障，或用电负荷突然大幅度增加 时，电网频率将显著降低，致使电力系统不能正常运行，这时 候也可以通过设置低频减载装置来使电力系统的频率得到有效 的恢复。
δ U D%
指定地点E的电压偏差可由下式计算: UE % U % U %
四、电压偏差限值及调节
（一）电压偏差限值
GB12325－2008《电能质量 供电电压允许偏差》中规定， 供电部门与用户的产权分界处或供用电协议规定的电能计量点 的供电电压偏差限值为： 35kV及以上供电电压：电压正、负偏差绝对值之和为10%； 20kV及以下三相供电电压偏差：±7%； 220V单相供电电压偏差：+7%，－10%。
U 20U1n ( 1) 100 U T % U tU 2n
U t % UT %
三、电压偏差的计算
δ U A% Δ U W1% δ U T% Δ U W2% δ U D%
G A 6
δ U%
δ U A%

分别是以 X C为基值的系统电抗率和电抗 器电抗率
I Ch
' X sh hX s Ih I h Ch I h X Kh X Ch hX s hX K X C h ' X sh hX K X C h Ih I h sh I h X sh hX s hX K X c h
6波形畸变与电力谐波
二、谐波对电机的影响
电机受谐波电压畸变的影响较大。电机末端的谐波电压畸变，在 电机里表现为谐波磁链。谐波磁链以与转子同步频率不同 的频率旋转，在转子中感应出高频电流。谐波电压畸变将 引起电机的效率下降、发热、振动和高频噪声。
三、谐波对通讯的干扰
通过感应方式与通讯线路耦合干扰通讯 国际电报电话咨询委员会 （CCITT）：电话谐波波形系数
对非线性用户 PJ2： K1R P KhR PhR 1R 由于
PhR PhM
表现为谐波的影响使少计的电量远大于多计的电量，两者的差额 表现为供电线损率有所增大。 结论： 在计量上有利于非线性用户，不利于线性用户和电力部门。
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6.5谐波谐振与放大
X 谐波感性电抗： h hX1 ；容性电抗
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一、谐波对变压器的影响
1. 均方根值电流。如果变压器容量正好与负荷容量相同，那么谐 波电流将使得均方根值电流大于额定值。总均方根值电流的增 加会引起导体损耗增加。
2.
涡流损耗。涡流是由磁链引起的变压器的感应电流。感应电流 流经绕组、铁芯以及变压器磁场环绕的其他导体时，会产生附 加发热。损耗以引起涡流的谐波电流的频率的平方增加。

2s k

电能质量与电力系统谐波电能质量是指电力系统中电能的波动、失真和干扰程度。

而电力系统谐波是电能质量中的一个重要指标，它是指电力系统中存在的频率为整数倍于基波频率的电压和电流成分。

本文将从电能质量的定义、电力系统谐波的产生原因以及对电力系统的影响等方面进行探讨。

一、电能质量的定义电能质量是指电力系统中电能的波动、失真和干扰程度。

它包括电压的稳定性、电流的波动、电压和电流的失真以及电磁干扰等方面。

电能质量的好坏直接影响到电力系统的正常运行和电气设备的使用寿命。

二、电力系统谐波的产生原因电力系统谐波的产生主要有以下几个原因：1. 非线性负载：非线性负载是电力系统谐波的主要源头。

例如，电弧炉、电焊机、电力电子设备等都属于非线性负载，它们会引入大量的谐波电流。

2. 谐振：电力系统中的谐振现象也会导致谐波的产生。

当电力系统中存在谐振回路时，谐振频率的电压和电流成分会增加。

3. 电力系统的不平衡：电力系统中的不平衡现象也会引入谐波。

例如，三相电压不平衡会导致谐波电流的产生。

三、电力系统谐波对电力系统的影响电力系统谐波对电力系统的影响主要有以下几个方面：1. 电力设备的损坏：谐波电流会导致电力设备的过热和损坏，缩短设备的使用寿命。

2. 电力系统的能效降低：谐波电流会导致电力系统的能效降低，增加电能的损耗。

3. 电力系统的稳定性下降：谐波电流会导致电力系统的电压波动和电流波动，降低电力系统的稳定性。

4. 对其他用户的干扰：谐波电流会通过电力系统的耦合作用传递给其他用户，对其电力设备产生干扰。

四、电力系统谐波的控制方法为了减少电力系统谐波对电力系统的影响，可以采取以下控制方法：1. 使用滤波器：在电力系统中安装滤波器可以有效地减少谐波电流的传输和谐波电压的产生。

2. 优化电力设备：选择低谐波的电力设备可以减少谐波的产生。

3. 控制非线性负载：合理控制非线性负载的使用，减少谐波电流的产生。

4. 加强电力系统的监测和管理：通过对电力系统的监测和管理，及时发现和解决谐波问题，保证电力系统的正常运行。

总畸变率描述电流时的局限性
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1.谐波初相角对波形的影响 图6-3
2.THD的局限性 总需量畸变率TDD
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三、非正弦电路的功率和功率因数
1、正弦电压、电流
P UI cos Q UI sin
无功功率物理意义为能量互换的最大规模，并不消耗电能
1993年7月，国家技术监督局正式颁布了(GB/T14549—1993)《电能质 量—公用电网谐波》
本章主要内容： 波形畸变的基本概念、危害、典型谐波源、谐波放大、标准。
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6.2 波形畸变的基本概念
非线性负荷引起电流波形的 畸变，一般畸变波形是周期的， 属于谐波范畴。
U
K1
1
h2
hHRI
h
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6.7谐波电压限值与电流允许值
1. 不同谐波源的谐波叠加计算 采用概率统计分析结果，如表所示
M h Ah2i Ah2j K h Ahi Ahj
h
3
5
7
11 13 9,>13,偶次
概念：基波功率做功，谐波功率不做功，应不计量。 电表计量时为基波和各次谐波功率之和
P K1M P1M KhM PhM
对机械感应式电度表： K1M≈1, 在THD=20时：K3M≈0.6 ，K5M≈0.4 ，K7M≈0.28
对电子式电度表： K1M = KhM=1
可见：机械感应式电度表更能反映实际情况。
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二、均方根值和总谐波畸变率

电能质量谐波电能质量是指电力系统中电压、电流和频率等电参数的稳定性和纯净度。

电能质量问题可能导致电力系统的不稳定、电气设备的损坏，以及对生产过程和生活造成干扰。

谐波是电能质量问题中的一个重要方面，它指的是电流或电压中包含不同频率的正弦波成分，通常是原始频率的整数倍。

以下是有关电能质量中的谐波的一些关键信息：谐波的产生：谐波通常由非线性负载和电源中的非线性元件引起。

非线性元件如整流器、开关电源、变频器和电弧炉等，会在电流波形中引入额外的频率成分，形成谐波。

谐波的类型：谐波通常按照其频率进行分类，包括第次谐波（2次谐波、3次谐波等）和其他频率成分。

不同类型的谐波对电能质量和设备的影响有所不同。

影响：谐波对电力系统和设备造成的影响包括：降低电力系统的效率。

使电气设备产生过热和损坏。

增加电能损耗。

导致电力系统中的电压和电流波形失真。

产生电磁干扰，影响其他电子设备的性能。

测量和分析：为了解决谐波问题，电力系统需要进行谐波分析，使用谐波分析仪器来监测和测量电流和电压的谐波成分。

这有助于确定谐波的类型和来源，以制定相应的改进措施。

控制和减小谐波：减小谐波的方法包括：使用滤波器来减小谐波成分。

选择更适合的电力设备，以减少非线性负载。

调整电力系统中的电容和电感元件。

使用变频器和软启动器来减小起动时的谐波。

标准和法规：不同国家和地区制定了电能质量标准和法规，以控制和管理谐波问题。

这些标准规定了允许的谐波水平和采取的措施。

电能质量的改善和谐波的控制对于确保电力系统的正常运行和减小设备损坏非常重要。

因此，电力系统运营商、设备制造商和工程师通常会关注和处理电能质量问题，包括谐波问题。

电能质量及谐波标准内容提纲1．电能质量基本概念2．电能质量的影响3．电能质量国家标准综述4．电能质量国家标准摘要5．电能质量国外标准简介6．谐波国家标准基本内容7．国外谐波标准介绍1 电能质量的基本概念（1）电力系统概况：结构、有功和无功平衡，各种干扰（2）电能质量——关系到电气设备工作（运行）的供电电压指标。

（3）电能质量指标：电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、波形缺口、……（4）电能质量指标特点：a. 空间上、时间上不断变化b. 需要供、用电双方共同合作维护（5）电能质量问题的由来Ø 随电力工业诞生而存在的一个传统问题；Ø 现代用电负荷结构发生了质的变化。

电力电子技术广泛应用，家用电器普及，炼钢电弧炉和轧机的发展等，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性引起电能质量的恶化。

Ø 计算机的普及、IT产业的发展、微电子控制技术应用导致对电能质量要求越来越高。

例如：一个计算中心失电2s就可能破坏几十个小时数据处理结果，导致几十万美元产值损失；1～2周波供电电压暂降，就可能破坏半导体生产线，导致上百万美元损失。

据统计美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。

2005年由国际铜业协会（中国）的一次“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”中，调查了32个行业，共92个企业中有49个企业，因电能质量问题，在经济上损失2.5～3.5亿元（人民币），每个企业年经济损失约10万～100万（人民币）（其中有四家年损失1000万元以上）。

（6）关于电能质量的定义Power Quality——电能质量（电源质量、电力质量、电力品质）Ø 导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。

Ø 合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是都适合于该设备正常工作的。

Ø 在电力系统中某一指定点上电的特性，这些特性可根据预定的基准技术参数来评价。