典型谐波源的谐波特性分析_0

建筑配电系统谐波的产生与治理随着社会现代化的快速发展，越來越多的非线性用电设备被大量的在医院内使用。

非线性元器件造成波形畸变给低压供电网带来了大量的谐波污染。

国家已经制定节能中长期专项规划，提出电力需求侧管理、节能降耗、增加能源效率等重要措施。

因此对民用建筑物的配电系统谐波治理，势在必行。

标签：民用建筑；配电系统；谐波产生；治理一、建筑配电系统典型的谐波源1.1变频设备为了节约能源，大部分建筑均采用变频风机、变频调速电梯等变频设备。

变频器属于换流设备，是非常重要的谐波源，其总谐波电流畸变率达33%以上，变频设备一般为6脉波整流设备，所以会产生大量5、7次的谐波电流及少量的其他次数的谐波电流。

1.2非线性照明用电目前，民用建筑中的照明设备几乎都是谐波源，目前大量使用的而且使用的带电子整流器荧光灯具和LED灯，此类灯具均会引起严重的谐波电流，其中3次谐波为最高，当多个荧光灯接成三相四线负载时，中线上就会流过很大的3次谐波电流。

1.3计算机随着高新技术的逐渐普及，计算机的使用已经非常普遍，特别是大型的办公建筑中。

计算机的使用在企业中是必不可少的，其造成的谐波电流畸变率也很高。

同时，计算机的辅助工作设备也逐渐地出现与使用，都对电流的谐波造成严重的影响。

1.4电子医疗精密设备大型医院内的大型电子医疗设备一般为开关电源供电，开关电源设备会产生3、5、7、9次等谐波注入电网。

其他谐波源还有：各类显示设备、通讯设备、电冰箱等。

二、谐波的危害2.1 对电缆的影响由于趋肤效应，当频率较高的谐波电流流过导体时，导体的有效截面积小于导体的实际截面积，而截面积小，意味着有更大的电阻，也就意味着会产生更大的热量。

当频率较高的谐波电流流过导体时，导体呈现的电阻比基波电流要大，因此同样幅度的谐波电流比基波电流产生更大的热量，导体过热会导致电缆早期老化、甚至诱发火灾。

2.2对变压器的影响谐波电流流过变压器时，会导致变压器发出额外的热量，使变压器在没有达到额定功率时便出现温度过高的现象，导致变压器的实际容量降低。

电力系统中的谐波问题与分析技术研究引言：现代社会对电力的需求越来越大，电力系统的稳定运行对于社会经济的发展至关重要。

然而，电力系统在运行过程中会面临一些问题，如谐波问题。

谐波是电力系统中的一种普遍现象，它对系统的稳定性和设备的正常运行产生了不可忽视的影响。

因此，对电力系统中的谐波问题进行深入研究和分析，提出相应的解决方法和技术手段是非常必要的。

一、谐波问题的定义与影响1. 谐波的定义谐波是指电力系统中存在的频率是基波频率整数倍的谐振现象。

电力系统中产生谐波的主要原因包括非线性负载、发电机组的谐波励磁和谐波源的接入等。

谐波问题主要表现在电压和电流波形畸变、系统损耗增加以及设备寿命缩短等方面。

2. 谐波问题的影响谐波对电力系统的影响主要体现在以下几个方面：（1）设备损坏：谐波会导致电力设备的工作电流和温度升高，进而加速设备的老化和损坏；（2）电网损失：谐波会导致电网中的有功和无功损失增加，降低系统的效率；（3）通信干扰：谐波会对通信设备产生干扰，降低通信质量和可靠性。

二、谐波分析技术为了解决电力系统中的谐波问题，需要进行谐波分析，找出谐波源，并提出相应的处理措施。

目前，谐波分析技术主要包括频谱分析和时域分析两种方法。

1. 频谱分析频谱分析是通过观察电力系统中各频率成分的振幅和相位关系，以及谐波频率分布情况来分析谐波问题。

常用的频谱分析方法包括傅里叶变换和小波变换。

（1）傅里叶变换傅里叶变换能够将信号在频域中分解成各个频率成分，并得到各频率成分的幅度和相位信息。

通过对电压或电流波形进行傅里叶变换，可以得到具体的谐波频率及其振幅，从而判断谐波的产生原因。

（2）小波变换小波变换是一种时频分析方法，能够同时提供时间和频率信息。

它通过对信号进行连续的分解，得到各个频率成分在时域和频域上的分布情况，更能反映谐波在时间上的变化特性。

2. 时域分析时域分析是通过观察电力系统中各时刻的电压和电流波形来分析谐波问题。

常用的时域分析方法包括快速傅里叶变换和窗函数法。

电力系统谐波源的种类及其特性电力系统中的谐波源是指在电网中引起电压或电流谐波的设备或负载。

谐波源的种类较多，主要包括非线性负载、谐波发生器和电弧设备等。

下面将分别介绍谐波源的种类及其特性。

1.非线性负载：非线性负载是电力系统中最主要的谐波源之一、这些负载包括电子设备、电力电子装置、变频器、整流器、照明装置等，其特点是由于非线性元件导致负载电流不是正弦波形，因而引起谐波。

非线性负载的特性包括：-非线性负载会引起电流谐波，并导致电网中电压谐波；-谐波电流的含有量与非线性负载的电流特性有关，比如电流大小、频率、波形等；-谐波源的阻抗会影响电网谐波的传播特性。

2.谐波发生器：谐波发生器是一种能够产生特定谐波频率的装置。

谐波发生器通常用于实验室研究或特定的工业应用中，其特点包括：-可以产生特定频率、幅值和相位的谐波；-通常采用精确的电子元器件来实现特定的谐波频率；-对于实验室研究，谐波发生器可以用于模拟电力系统中各种谐波的情况，以便研究各种谐波对电网的影响。

3.电弧设备：电弧设备是一类常见的谐波源，包括电弧炉、电焊机、电弧炉变压器等。

电弧设备的特点包括：-电弧设备运行时，产生高强度电弧，导致电流非线性特性导致谐波产生；-电弧设备的启动和停止会引起谐波的瞬变；-电弧设备通常具有较低的功率因数，并且由于非线性特性，会引起电网电压谐波。

除了上述谐波源外，还有其他一些不常见的谐波源，如直流传输线的换流设备、电力电子装置的不稳定性等也可能引起谐波。

不同的谐波源具有不同的特性和作用，对电力系统的谐波传播和影响也有一定的区别。

总之，电力系统中的谐波源种类繁多，包括非线性负载、谐波发生器和电弧设备等。

了解不同谐波源的特性，对于分析和解决电网中的谐波问题具有重要的意义。

电力系统谐波的基本特性和测量谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍数。

理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素。

非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。

周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。

非线性负荷除了产生基频整次谐波外，还可能产生低于基频的次谐波，或高于基波的非整数倍谐波。

电力系统中出现系统短路、开路等事故，而导致系统进入暂态过程引起的谐波，将不归属谐波治理的范畴。

要治理谐波改善供电品质，需要了解谐波类型。

谐波按其性质和波动的快慢可分成四类：准稳态谐波、波动谐波、快速变化的谐波和间谐波四类。

因其多样性和随机性，在实际工作中，要精确评估谐波量值非常困难，所以在IEC 6100-4-7标准中对前三类谐波进行了规定，推荐采用数理统计的方法对谐波进行测量。

兼顾数理统计和数据压缩的需要，标准对测量时段以及通过测量值计算谐波值提出了建议。

国标GB/T 14549-1993采用观察期3s有效测量的各次谐波均方根值的95%概率作为评价谐波的标准。

为简便实用，将实测值按由大到小的方式排序，在舍去前5%个大值后剩余的最大值，近似作为95%的概率值。

实际工作中，通常采用谐波测试仪来监测和分析谐波。

一般来说，将用户接入公用电网的公共连接点作为谐波监测点，测量该点的电压和注入公共电网的电流后，通过对电压和电流的分析，取得谐波测量资料。

相对单点的谐波测量而言，从区域或整个电网角度来看，谐波源的定位和确定谐波模型进而分析它是一个相对复杂的过程。

谐波源定位，一般采用功率方向法和瞬时负荷参数分割法。

而谐波模型分析的方法一般有三种：非线性时域仿真、非线性和线性频率分析。

三种方法的相同点是对电网作适当的线性化处理，只是在处理非线性设备时采取了不同的模拟方式。

配网中的谐波源严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上。

一、 谐波：1、谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1） 称为谐波次数。

电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics ）或分数谐波。

谐波实际上是一种 干扰量，使电网受到“污染”。

电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其谐波范围一般 为2≤n ≤40。

根据公式（1）计算谐波电流补偿率KK = ×100%电流总谐波畸变率：THD I =IH I1；IH=（Ih ）2∞ℎ=2×100%；Ih---第h 次谐波电流（方均根值）I1---基波电流（方均根值） 第h 次谐波电流含有率：HRI h =Ih I1×100%2、现有有源滤波器的补偿效果注：试验所用负载为三相整流非线性负载，（2～25）次谐波单机100补偿率:50%负载以上补偿率大于90%；50%负载以下补偿率在70%～90%单机100A 动态响应时间在1ms ～20ms单机100A 功率消耗：8%左右单机100A 噪声：70dB单机100A 无功补偿：补偿前0.2～0.8（容性或感性），补偿后能达到0.98二、 谐波负载现状分析：电网谐波产生主要有以下几种情况：一是发电源质量不高产生谐波； 二是输配电系统产生谐波； 三是用电设备产生的谐波。

如下：1、 变频器（风机、水泵、电梯）、吸塑机负载主要谐波次数：5次、7次2、 电焊机、列车负载主要谐波次数：3次谐波3、 中频炉负载主要谐波次数：5、7、11、13次谐波4、 电弧炉、电石炉主要谐波次数：27次5、 节能灯负载主要谐波次数：3次谐波6、 整流设备（电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等）产生的谐波主要看3次最严重 ，6脉整流会带来 6n+1 6N-1谐波 主要就是5次和7次谐波； 12脉整流就会有 12n+1 12n-1谐波 主要11次和13次谐波 18脉则是 18n+1 补偿前谐波电流畸变率THDi —补偿后谐波电流畸变率THDi补偿前谐波电流畸变率THDi18n-1 17次和19次谐波，一般情况下主要产生5、7次谐波！晶闸管整流设备。

电力系统谐波与失真特性分析电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施，为我们提供电能供应。

然而，由于电力系统中存在各种电气设备和非线性负载，谐波和失真问题成为了电力系统中一个严重而又常见的挑战。

本文将对电力系统的谐波和失真特性进行分析和探讨。

谐波是指电压、电流和功率中的频率为原信号频率的整数倍的分量。

谐波会导致电网中的电流和电压波形变形，并且可能对其他设备产生负面影响。

谐波问题主要由非线性负载引起，如电弧炉、整流器和变频器等。

非线性负载会引发谐波电流，导致电网谐波电压上升。

为了分析谐波，我们可以使用离散傅立叶变换（DFT）或快速傅立叶变换（FFT）将电流和电压信号转换为频谱。

通过查看频谱，我们可以确定电网中存在的各个谐波成分。

此外，我们还可以使用谐波电压源和谐波电流源模型来模拟电力系统中的谐波传播。

谐波的影响会导致电力系统中的多种问题。

首先，谐波会导致电流和电压的畸变，增加电线和设备的损耗，降低系统效率。

其次，谐波会引起系统的过电压和过电流问题，从而可能造成设备的损坏、甚至系统的崩溃。

此外，谐波还会对电能质量产生负面影响，如导致电网频率扭曲和电能计量的不准确性。

为了解决谐波问题，我们可以采取一系列措施。

首先，我们可以通过选择合适的设备和减少非线性负载的使用来减轻谐波问题。

其次，可以使用滤波器来抑制谐波电流和电压。

滤波器可以将谐波分量削弱或消除，从而改善电能质量。

此外，我们还可以设计敏感电子设备，使其对谐波具有更好的抗干扰能力。

除了谐波问题，失真也是电力系统中的一个重要问题。

失真指的是电压或电流波形中的畸变或非正弦特性。

失真主要由非线性负载和电网中的其他干扰源引起。

失真会对电力系统中的设备产生负面影响，并可能导致电能质量下降。

为了分析失真问题，我们可以使用总谐波失真（THD）等指标来评估波形的失真程度。

THD是所有谐波分量幅值与基波幅值的比值。

通常，较高的THD值表示波形中存在更多的失真。

此外，我们还可以使用采样技术和现代测试设备来分析电压和电流波形，以确定失真情况。

谐波分析一、谐波的相关概述谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般来说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，其实谐波是一个正弦波分量。

谐波产生的根本原因是非线性负载造成电网中的谐波污染、三相电压的不对称性.由于非线性负荷的存在,使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形,其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。

当非正弦波形的电流在供电系统中传输时,将迫使沿途电压下降,其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变,这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。

电力系统中的谐波源主要有以下几类：（1）电源自身产生的谐波.因为发电机制造的问题，使得电枢表面的磁感应强度分布偏离正弦波，所产生的电流偏离正弦电流。

(2）非线性负载，如各种变流器、整流设备、PWM变频器、交直流换流设备等电力电子设备。

(3）非线性设备的谐波源,如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振设备和变压器等。

二、谐波的危害谐波对电力系统的危害主要表现在:（1)谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率.（2)谐波影响各种电气设备的正常工作。

(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引发严重事故.（4）谐波会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确。

（5）谐波对临近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声,降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

三、谐波的分析由于谐波导致的各种各样的事故和故障的几率一直在升高,谐波已成为电力系统的一大公害.我国对于谐波相关工作的研究大致起源于20世纪80年代。

我国国家技术监督局于93年颁布了国家标准《电能质量-—公用电网谐波》(GB/T 14549—1993）。

该标准对公用电网中各个等级的电压的限用值、电流的允许值等都做了相应的规定，并以附录的形式给出了测量谐波的方法和数据处理及测量仪器都作了相应的规定。

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。