2、电力及谐波知识
电力电子谐波
5.谐波对能耗的影响
对电缆的影响 在导体中非正弦波电流所产生的热量与 具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较， 非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由 众所周知的集肤效应所引起的，而这种现象 取决于频率及导体的尺寸。这种效应如同增 加导体交流电阻，进而导致损耗增加。
U 1 I 1 cos( 1 1 )
Q U 1 I 1 sin( 1 1 )
S UI U 12 (
h 1
2 Ih )
D S 2 P 2 Q 2 U 12
h2
2 Ih
这样Q和D都有了明确的物理意义。Q是基 波电流产生的无功功率，D是谐波电流产 生的无功功率。
含有谐波的功率因数
U 1 I1 cos( 1 1 ) I1 P cos( 1 1 ) S U1 I I cos( 1 1 )
式中γ＝I1 / I，即基波电流和总电流有效值之比，称为基波因 数。而cos（α1－β1）称为位移因数或基波功率因数。可以看 出，在非正弦电路中，功率因数是由基波电流相移和电流波 形畸变两个因数决定的。总电流也可以分为基波有功电流， 基波无功电流和谐波电流三部份组成。谐波电流含量越大， 功率因数就越低。
f4(t) A
29次谐波叠加
4A/3 4A/5 4A/7 3 5 7
O t
f 4 (t )
4A
(sin t
1 1 1 sin 3t sin 5t sin 7t ) 3 5 7
那么对于一个电流波形，我们怎么分析他 含有的谐波呢？
一般的，我们一个周期函数可表示如下：
fundamental distorted wave 5th harmonic 7th harmonic harmonics
电力系统谐波基本原理
电力系统谐波基本原理一、谐波定义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。
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。
当电流流经非线性负载时，负载不能吸收全部的基波能量，剩余的部分就会以高次谐波的形式释放出来。
二、谐波产生电力系统中的谐波主要来源于两方面：一方面是由于发电机和变压器等元件的非线性特性；另一方面是由于电力电子设备、整流器、逆变器等的大量应用。
这些设备在正常工作时会产生大量的谐波电流，注入到电力系统中，对电力系统造成影响。
三、谐波频率谐波的频率是基波频率的整数倍。
对于50Hz的基波频率，其产生的谐波主要为50Hz、100Hz、150Hz等。
对于400Hz的基波频率，其产生的谐波主要为400Hz、800Hz、1200Hz等。
四、谐波影响谐波对电力系统的影响是多方面的，主要表现在以下几个方面：1. 增加电力损耗：由于谐波的存在，会导致线损增加，特别是在高次谐波的场合下，线损会更加明显。
2. 影响设备正常运行：谐波会导致变压器、电动机等设备的效率降低，甚至引发设备故障。
3. 干扰通信系统：高次谐波会对通信线路产生干扰，影响通信质量。
4. 引发继电保护误动作：谐波会导致继电保护装置误动作，从而引发停电事故。
5. 影响电子设备：对于电子设备来说，谐波会影响其正常工作，导致设备性能下降。
五、谐波抑制为了减小谐波对电力系统的影响，需要采取相应的措施来抑制谐波的产生和传播。
常用的抑制谐波的方法包括：1. 改善供电系统设计：采用合适的变压器连接方式和合理的供电布局，降低系统中各元件的谐波产生量。
2. 增加无功补偿装置：通过在系统中增加无功补偿装置，可以提高系统的功率因数，减小谐波电流。
3. 采用滤波器：滤波器是抑制谐波的重要手段之一，可以通过滤波器将特定频率的谐波进行过滤。
4. 使用有源滤波器：有源滤波器能够主动产生与谐波大小相等、方向相反的电流，对系统中的谐波进行补偿，达到消除谐波的目的。
电力系统电压谐波
电力系统电压谐波电力系统中的电压谐波是指电压波形中包含的频率为基波频率的整数倍的谐波分量。
它是由各种非线性负载和电力设备引起的，比如电弧炉、电力电子设备和非线性负载等。
电压谐波会对电力系统的正常运行和电力设备的性能产生不利影响，因此需要对电压谐波进行控制和抑制。
一、电压谐波的产生和特点电压谐波的产生源于电力设备和非线性负载引入的非线性元件所致。
这些元件对电力系统的电压波形产生畸变并引入谐波频率分量。
电压谐波的特点主要包括以下几个方面：1. 频率对应关系：电压谐波的频率是基波频率的整数倍，通常以n倍基波频率的形式表示。
2. 谐波含量：电压谐波的幅值通常用谐波含量来衡量。
谐波含量越高，电压波形的畸变程度越高。
3. 波形畸变：电压谐波会使电压波形变形，失去正弦波的特性。
谐波成分的幅值和相位对电压波形的形状和畸变程度具有重要影响。
二、电压谐波的影响电压谐波对电力系统和电力设备会产生一系列不利影响，包括以下几个方面：1. 设备损坏：电压谐波会导致电力设备内部的绝缘击穿和损坏，降低设备的可靠性和寿命。
2. 系统失稳：电压谐波会导致电力系统的电压波形扭曲，影响系统的稳定性和运行安全。
3. 容量降低：电压谐波会使电力设备的各项性能下降，降低其容量和运行效率。
4. 性能下降：电压谐波会对电力设备的工作性能产生不利影响，例如电动机的运行不稳定、变压器的温升过高等。
三、电压谐波的控制和抑制方法为了减小电压谐波的影响，保证电力系统的正常运行和电力设备的安全可靠，需要采取一系列的控制和抑制措施。
以下是常用的方法：1. 滤波器：可以通过安装谐波滤波器，将电压谐波分量从电力系统中滤除。
滤波器通常由谐波电抗器和谐波电容器组成。
2. 电源设计：在电源设计时，可以优化电路和线路布置，减小负载的谐波产生和电压谐波的传播。
3. 负载管理：合理控制非线性负载的使用，减少电力设备引入的谐波。
可以采用适当的差动电抗器和直流电源设计等手段，降低负载的谐波含量。
电力系统谐波
浅谈电力系统谐波摘要：本文介绍了谐波的产生、来源以及并联谐振和串联谐振，谐波对电网以及其他用电设备的不良影响。
并简要地介绍了负序的概念和它的产生原因。
对其影响做了定性的论述，最后对当今谐波的滤除方法做了介绍，主要包括无源滤波器以及有源滤波器对谐波进行滤除。
关键词：谐波；滤波器；电力系统中图分类号：tm714 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013）02-0217-01一、电力系统谐波简介谐波是电力系统中一种较频繁出现的有害现象，由于它的产生会对电力系统产生很大的负面影响，已经引起人们对他的担忧和关注。
当在电力系统中接入非线性负载时，即使电源都以国家标准频率供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，除了产生工频频率的正弦电压或电流，还会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，若对这些电压或电流用富氏级数展开，就会得到电力谐波。
谐波是一个电气量的正弦分量，它具有周期性，它的频率不同于是基波频率，是它的的整数倍。
当给非线性设备供电时，这些设备在传递、变换、吸收系统发电机所供给基波能量的同时，也会把部分基波能量以谐波形式储存，继而向系统回送大量的高次谐波，以至于影响电能质量，给用户用电带来不便。
目前我们将产生高次谐波的谐波源主要分为三类：1.铁磁饱和型：铁芯设备，如变压器、电抗器等，其表现出非线性铁磁饱和特性，产生以高次为主的谐波。
2.电力设备开关型：包括各种整流器件、电子开关和可控晶闸管等，这些设备产生的谐波以1，3，5次谐波为主。
3.电弧型：电力高压断路器在断开闭合时瞬间，炼钢电弧炉在工作期间及交流电弧焊机在焊接期间，电弧剧烈燃烧所形成的电弧电压与电流的会具有高度非线性，产生以一定次数的谐波。
二、电力系统谐波产生原因电力系统中的谐波从大类上可主要划分为电压谐振和电流谐振两种形式。
三、电网谐波的来源1.发电源质量不高产生谐；2.输配电系统产生谐波；3.用电设备产生谐波。
四、负序简介负序是由于三相负荷的不平衡引起。
电力系统谐波的基本概念资料
4 电力系统谐波的主要内容
➢4.1电力系统谐波的基本概念 ➢4.2电力系统非正弦波形的分析方法 ➢4.3电力系统谐波的来源 ➢4.4 电力系统谐波潮流计算 ➢4.5 电力系统谐波测量技术 ➢4.6 谐波对电网的影响和危害 ➢4.7 电力系统谐波的抑制 ➢4.8 交流滤波装置
4.1电力系统谐波的基本概念
t 不存在的1.414
比例关系
（a）三次谐波初相角与基波相同 （b） 三次谐波初相角与基波相反
3、非正弦波形的畸变率
总谐波畸变率（THD）：各次谐波有效值的平方 和的平方根与基波有效值的百分比，称为总谐波畸 变率THD，或简称畸变率
THDu
U
2 n
n2 100%
U1
THDi
I
2 n
n2 100%
三、补充： 高次谐波的产生
（1）电力系统本身存在着周期性的非正弦独立 电源。如有下面电流源
m
is (t) 2 I hsin(h1t h) h0
（2）工频电压或电流作用于非线性负载。 如有一工频电压
u(t) 2U1 sin 1t
i(t) ku3 (t)
i(t) 3 2
2k
U13
s
in1t
%
二、谐波的性质
3.短时间谐波和暂态现象中的谐波分量 晶闸管控制的轧钢机等设备工作时产生的短时间
突发电流脉冲，这种突发的脉冲包含着暂态分量 和谐波分量。 变压器空载合闸的励磁涌流，按周期函数分解， 将包含短时间的谐波和间谐波电流，称为短时间 的谐波电流或快速变化谐波电流 应与电力系统稳态和准稳态谐波区别开来。
谐波畸变 污染电气环境
3. 现代电力系统强调功率处理与控制 的能力
现代电力系统对电能形态提出了新的要求：
电力系统谐波基本原理
电力系统谐波基本原理电力系统中的谐波是指在交流电路中产生的频率是基波频率的整数倍的信号。
谐波在电力系统中是一种不可避免的现象，它们会对系统的稳定性、设备的性能和电能质量产生不利影响。
因此，了解谐波的基本原理对于电力系统的设计、运行和维护都是非常重要的。
谐波的基本原理可以从以下几个方面来介绍：谐波的生成原因、谐波的特点以及谐波的影响。
首先，谐波的生成原因主要包括非线性负载、非对称负载和谐波源。
非线性负载是指电力系统中存在的诸如整流器、变频器、电弧炉等非线性设备，它们会导致电流与电压之间产生非线性的关系，从而产生谐波。
非对称负载则是指电力系统中存在的单相负载或者三相负载不平衡，这也会引起谐波。
同时，谐波源还包括谐波发生器等外部因素的影响。
这些因素的存在都会导致系统中出现谐波。
其次，谐波的特点是其频率是基波频率的整数倍，通常表现为正弦波形的畸变。
谐波的频率范围通常为2次、3次、4次等整数倍的基波频率。
在电力系统中，主要关注的是2次到50次的谐波。
而谐波的波形畸变会对电能质量产生很大的影响，例如会导致线路和设备的过热、振动和噪音增加，进而缩短设备的寿命。
此外，谐波还容易引起设备的失常和运行不稳定等问题。
最后，谐波对电力系统的影响主要表现在以下几个方面：设备的影响、线路的影响和系统的影响。
在设备方面，谐波会导致设备的过热、损坏以及性能的下降，降低了设备的可靠性和寿命。
在线路方面，谐波会导致相电流不平衡、金属过热、电缆损耗增加等问题。
在系统方面，谐波会引起电流和电压的畸变，增加系统的损耗和能耗，降低系统的运行效率。
因此，为了减少谐波对电力系统的影响，需要采取一系列的措施。
首先，可以采用合理的设备设计和选型，选择质量好、参数稳定的设备，减少设备的非线性负载。
其次，可以通过对负载的平衡处理和采用适当的滤波器来减少谐波的产生和传播。
此外，也可以通过优化系统的接线设计、提高变压器的耐谐波能力等措施来减少系统中的谐波影响。
电力系统中的谐波分析技术及应用教程
电力系统中的谐波分析技术及应用教程简介：在电力系统中，谐波分析技术被广泛应用于电力质量监测与评估、设备故障诊断与排除、谐波滤波器的设计等方面。
本文将介绍电力系统中谐波分析的基本原理、常用的谐波分析方法以及谐波分析在电力系统中的应用。
一、谐波分析的基本原理1.1 谐波的概念谐波是指波形与基波具有相同频率但具有不同幅值和相位的波形。
在电力系统中，谐波是由非线性负载和电力设备引起的。
常见的负载谐波包括电弧炉、变频器、电子设备等。
1.2 谐波分析的原理谐波分析的基本原理是将电力系统中的电压和电流信号经过傅里叶变换，将复杂的波形分解为一系列的正弦波，然后通过计算得到各个谐波分量的频率、幅值和相位。
根据这些参数，可以评估电力系统中的谐波程度，进而采取相应的措施进行修复或优化。
二、谐波分析方法2.1 快速傅里叶变换（FFT）快速傅里叶变换是最常用的谐波分析方法之一，它可以将时域信号转换为频域信号。
通过FFT分析，可以得到电力系统中各个谐波分量的频率、幅值和相位，并进一步计算谐波总畸变率（THD）等参数。
FFT算法的优势在于高速、高效，并且可以利用现有的计算平台进行实时分析。
2.2 小波变换小波变换是一种时频分析方法，可以同时提供时间域和频域信息。
相比于FFT，小波变换在时域和频域的分辨率上更具优势，能够更准确地分析瞬态过程和短时谐波。
小波变换在电力系统中的应用越来越广泛。
2.3 自适应滤波器法自适应滤波器法结合了信号处理和协方差分析原理，可以自动识别和消除电力系统中的谐波。
通过建立自适应滤波器，可以实时跟踪电力系统中的谐波分量，并对其进行有效的滤波补偿。
自适应滤波器法在电力系统的谐波控制中具有重要的应用价值。
三、谐波分析在电力系统中的应用3.1 电力质量监测与评估谐波对电力质量产生显著的影响，会导致电压波动、电流畸变、设备损坏等问题。
通过谐波分析，可以准确评估电力系统中的谐波情况，及时发现潜在问题，并采取措施改善电力质量。
电力系统的谐波产生的原因
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。
电力系统谐波问题分析及防治措施
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。
谐波知识
谐波知识一、谐波的定义谐波是指电压中所含有的频率为50HZ正弦基波的整数倍的电量，50HZ称为基波频率，大于基波频率3倍=150HZ的波称之为三次谐波，基波频率5倍250HZ 的波称之为五次谐波，以此类推。
不管几次谐波，他们都是正弦波。
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，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。
二、谐波的产生产生的原因：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。
主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器、中频炉、电焊机等。
用傅立叶分析原理，能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。
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。
由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。
谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。
6脉冲设备仅有5、7、11、13、17、19 ….n倍于电网频率。
功率变换器的脉冲数越高，最低次的谐波分量的频率的次数就越高。
其他功率消耗装置，例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的3 次谐波( 150 赫兹)。
在供电网络阻抗( 电阻) 下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。
在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。
次数越高，谐波分量的振幅越低。
只要哪里有谐波源那里就有谐波产生。
也有可能，谐波分量通过供电网络到达用户网络。
例如，供电网络中一个用户工厂的运转可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。
三、谐波的来源谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。
谐波的基础知识,谐波、谐波的种类及谐波频率计算
谐波的基础知识，什么是基波、谐波、谐波的种类及谐波频率计算———谐波的基础知识，什么是基波、谐波、谐波的种类及谐波频率计算本文介绍谐波的基础知识，什么是基波、谐波、谐波的种类及谐波频率如何计算，哪些设备或电路容易产生谐波，谐波的影响是什么1 谐波的基础知识（1）什么是基波电力网络中呈周期性变化的电压或电流的频率即为基波（又称一次波），我国电网规定频率是50 Hz，所以2 基波是50 Hz。
（2）什么是谐波电力网络中除基波（50 Hz）外，任一周期性的电压或电流信号，其频率高于基波（50 Hz）的，称为谐波。
电网或电路中，电压产生的谐波为电压谐波；电流产生的谐波为电流谐波。
（3）谐波有几种整数谐波：指频率为整数（跃1）倍基波频率的谐波，即2、3、4、5、6、7、8、9、10 等次谐波。
偶次谐波：指频率为圆、源、6、8、10 等偶数倍基波频率的谐波。
奇次谐波：指频率为3、5、7、9、11 等奇数倍基波频率的谐波。
正序谐波：谐波次数为3k+1（k 为正整数）即4、7、10等次谐波。
负序谐波：谐波次数为3k-1（k 为正整数）即2、5、8等次谐波。
零序谐波：指频率为3的整数倍基波频率的谐波，例如3、6、9、12、15 次谐次。
高频谐波：指频率为圆耀怨kHz的谐波。
（4）谐波频率如何计算谐波频率越谐波次数伊基波频率例：缘次谐波频率为缘伊缘园Hz越圆缘园Hz，苑次谐波频率为7伊50 Hz越猿3 缘园Hz等。
（5）哪些设备或电路容易产生谐波1）非线性负载，例二极管整流电路（AC/DC）。
2）三相电压或电流不对称性负载。
3）逆变电路（DC/AC）。
4）UPS 电源（PC 机用），EPS 电源（大功率动力用），即不间断电源。
5）晶闸管调压装置或调速电路。
6）电镀设备。
7）电弧炉、矿热炉、锰矿炉、磷矿炉、电石炉、硅铁炉。
8）电解槽。
9）电焊机（弧焊、缝焊、点焊、碰焊、对焊）。
10）电池充电机。
11）变频器（低压或高压变频器）。
电力系统谐波
中 文 摘 要I摘 要近年来，随着电力电子技术的发展，电网中具有非线性、冲击性和不平衡用电特性的负荷不断增加，产生大量谐波。
电网中的谐波污染日益严重，影响到供电质量和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。
本文首先针对谐波问题，叙述了谐波产生原因、危害等，并介绍了谐波抑制方法。
其中，有源电力滤波器是抑制电网谐波的有效手段之一，这种滤波器能对频率和幅度都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到了广泛重视。
其次，对有源电力滤波器的基本原理、分类和基本组成进行了阐述。
本文重点研究了谐波电流的检测方法。
本文对平均功率理论和瞬时功率理论进行了分析、比较，指出了它们适用的范围及优缺点。
详细介绍了瞬时基于无功功率理论的几种谐波和无功电流检测方法：p-q 检测法和q p i i -检测法，并分析了它们的检测原理、特点及使用局限性。
本文建立MATLAB/Simulink 的仿真模型，着重对基于瞬时无功功率理论的几种谐波电流检测方法：p-q 检测法、q p i i -检测法分别进行仿真，并对比仿真结果，得出较好的谐波或无功电流检测方案。
针对不同的负载和负载突变情况进行了仿真，得出不同方法的使用条件和最优结果。
关键词：有源电力滤波器，瞬时无功功率，电流检测，仿真ARSTRACTIIAbstractIn recent years, with the development of power grids, converters are to be a wide range of development and application. Though its large-scale transformation of the energy and transport play a significant role, it also brought pollution to the power grid, resulting in a harmonic. These harmonics to the electrical equipment hazards. For harmonic suppression and reactive power, power system applications of the filter. However, the shortcomings of passive power filter, active power filter has been a rapid development.Harmonic suppression method of filtering technology are mainly passive and active power filter technology. Active power filter technology and passive power filter technology, with little effect by the grid impedance, dynamic compensation to the advantages of harmonic pollution in governance has played a leading role. Active power filter of the study focused on the main circuit structure of the form (in series, parallel and series-parallel), harmonic current detection method and the compensation current control methods. This article focuses on the harmonic current detection method.This paper analyzes the emergence of power system harmonics and hazards, of power theory and the theory of instantaneous power analysis, comparison, pointing out that their scope and the advantages and disadvantages. Detailed information on the instantaneous reactive power theory based on the number of harmonics and reactive current detecting method, p-q detection method, q p i i detection method and analysis of their detection principle, characteristics and use limitation.MATLAB / Simulink simulation model, focusing on instantaneous reactive power based on the theory of harmonic current detection method of p-q detection method and q p i i -detection method simulations, were carried out and compared the experimental results, obtaining better harmonics or reactive current detection program. For different mutation load and load simulation experiments, the use of differentARSTRACTmethods to arrive at the conditions and optimal results.Keywords:active power filter , instantaneous reactive power , current detection , simulationIII目 录IV目 录摘 要 ............................................................................................................. I ABSTRACT . (II)第一章 绪论 (1)1.1谐波的发展及现状 (1)1.2电力系统谐波的产生原因及其危害 (2)1.2.1 谐波产生原因 (2)1.2.2 电力系统谐波的危害及对电能计量的影响 (2)第二章 谐波及有源电力滤波器的基本概念及原理 (4)2.1电力系统有关谐波的基本概念及含义 (4)2.1.1 谐波的定义 (4)2.1.2 谐波分析中的常用概念 (5)2.2有源电力滤波器技术的提出 (6)2.2.1 无源电力滤波器 (6)2.2.2 有源电力滤波器 (7)2.3有源电力滤波器的组成、原理和发展趋势 (7)2.3.1 有源电力滤波器的基本结构和工作原理 (7)2.3.2 有源电力滤波器的分类 (8)2.3.3 有源电力滤波器的发展趋势 (9)2.4有源电力滤波器的谐波电流检测技术及其发展 (10)第三章 无功功率理论 (12)3.1平均功率理论 (12)3.20 坐标系下瞬时无功理论 (13)3.3 0dq 坐标系下瞬时无功理论 (18)3.4 无功功率理论的对比研究 (21)目 录V3.4.1平均功率理论 (21)3.4.2瞬时功率理论 (21)第四章 基于瞬时无功理论的谐波电流检测法 (23)4.1三相三线制电路 (23)4.1.1q p -检测法 (23)4.1.2 ip-iq 检测法 (24)4.2 三相四线制电路 .................................................................错误！未定义书签。
谐波对电网及用户的影响,防止谐波的措施相关知识讲解
奇次谐波，故气体放电类电光源灯具属于电流源型谐波源。
2.3 其他非线性电气设备
（1）冶金、化工等企业和电气化铁路所用的换流设备利用 整流元件的导通、截止作用强行短接和断流，这将产生谐波电 流。
（2）炼钢电弧炉因电弧的负阻特性（电弧电阻随电流增大 而急剧减少）和熔化期A 相电极反复不规则地短路和断弧，故 而产生谐波电流。由于3相负荷不对称，存在较多的3 次谐波电 流。精炼期谐波电流有所减小。
n次谐波电压含有率以HRUn（Harmonic Ratio Un）表示。
HRU n
Un U1
100(%)
（10-10）
式中， Un——第n次谐波电压有效值（方均根值）；
U1——基波电压有效值。
n次谐波电流含有率以HRIn表示
HRI n
In I1
100(%)
（10-11）
式中，In——第n次谐波电流有效值； I1——基波电流有效值。
（3）影响电力测量和电能计量的准确性
目前大量采用的仪表分为电磁型、电动型、磁电型和感应 型几种，其中电磁型和电动型对谐波不敏感，但磁电型和感应 型受谐波影响较大，特别是电能表，由于多采用感应型，在谐 波较大时会产生电能计量的混乱。
（4）对其他系统的干扰
民用建筑中的弱电系统较多，如计算机网络系统、电话系 统、有线电视传输系统、楼宇自动化系统、消防报警系统等。 电力线路通过电磁感应、静电感应和传导3种方式耦合到其他
三、 谐波的危害
（1）影响配电网的稳定运行
配电网的电力变压器、电力线路通常采用继电保护措施， 在故障情况下保障系统和设备的安全。其检测部分常采用电磁 式继电器、感应式继电器或晶体管继电器。其中电磁式继电器、 感应式继电器对10%含量以下的谐波并不敏感，当谐波含量达 到40% 时将导致继电保护系统误动。晶体管继电器具有很多优 点，将取代电磁式继电器和感应式继电器，成为未来的发展方 向。但晶体管继电器采用的整流取样电路，极易受谐波
最全最易懂的谐波基础知识(一)
最全最易懂的谐波基础知识（一）刚接触电气行业的朋友可能会对什么是谐波，谐波有什么危害，怎么治理谐波等等问题感到迷惑迷惑再迷惑。
北京领步的技术人员对于这些电能质量相关的基础问题进行了专业详细的解释，帮您排忧解难。
一、什么叫谐波？有哪些危害？谐波：谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量。
在电网中，由于非线性负载的作用使基波产生畸变，导致电流中的频率变成基波的整数倍的电量。
谐波的危害：（1）对于电网，谐波会降低发电、输电、及用电的质量和效率，造成线路短路，从而引发安全事故。
（2）对于企业，谐波的干扰导致企业设备产生误差影响产品质量、加大企业的电力运作成本。
（3）针对负载，谐波会使设备过热，造成绝缘老化，从而加大设备的损耗，以致损坏，同时增加功耗问题。
（4）影响精密电子仪器的运行，影响检测结果。
干扰同讯系统，使电气仪表测量不准。
二、哪些配电设备会产生谐波？谐波是由于大容量的整流器或换流设备，及其他非线性负荷，使电流波形发生畸变所造成的。
主要分为以下三大类：电力电子设备（UPS、整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管管理系统）可饱和设备：变压器、电动机、发电机（非线性）电弧炉及气体电光源设备：荧光灯、卤化灯、霓虹灯3次为主，3、5、7、9三、20种产生谐波的常用配电的具体名称（1）电力机车：谐波范围：3、5、7。
主电路模型（整个牵引传动系统---整流）等效电流模型（2）医疗行业：荧光灯具、电脑3、5、7、9、（2n+1)次7~10%手术室、电脑检测设备3、5、7、9、（2n+1）次10~15%X光机、TC、核磁共振3、5、7、9、（2n+1）次30~40%USP、变频设备、电梯5、7、9、11、（6n+1）次25~35%加速器、胃肠机，3、5、7、9、（2n+1）次50~60%（3）通讯行业：UPS不间断电源、变频空调3、5、7、11次25~35%（4）公共设施：灯光调节、舞台音效（非线性负荷）。
电力系统中的谐波
2)电子荧光灯镇流器: 电子荧光灯镇流器近年被大量采用.它的优点 是在工作于高频时可显著提高灯管的效率,而其缺 点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声. 使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波,但 成本昂贵. (3)直流调速传动装置: 直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整 流电路,它也称作六脉冲桥式整流电路,因为在直 流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一 个).直流电动机的电感是有限的,故在直流电流中 有300Hz的脉动波(即为供电频率的6倍),这就改变 了供电电流的波形.
率是基频的整倍数,例如基频为50Hz,二次 率是基频的整倍数, 谐波为100Hz,三次谐波则为150Hz.因此畸
2,产生谐波的设备
所有的非线性负荷都能产生谐波电流,产生谐波的设备 类型有:开关模式电源(SMPS),电子荧火灯镇流器,调速 传动装置,不间断电源(UPS),磁性铁芯设备及某些家用电
器如电视机等.
电力系统中的谐波分析
谐波的产生,危害及抑制
电气工程07-2 董洪凯
一 ,谐波的定义 二 ,谐波的产生 三 ,电力系统中谐波的危害 四 ,电力系统中谐波的分析和抑制 五 ,小结 六 ,参考文献 七 ,致谢
一,谐波的定义
什么叫谐波? 有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的 基础.傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用.谐 波是一个数学或物理学概念,是指周期函数或周期性的波形中 不能用常数,与原函数的最小正周期相同的正弦函数和余弦函 数的线性组合表达的部分. "谐波"一词起源于声学. 电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了 人们的注意.当时在德国,由于使用静止汞弧变流器而造成了 电压,电流波形的畸变.1945年J.C.Read发表的有关变流器 谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文. 定义: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.
什么是谐波及谐波的危害
什么是谐波及谐波的危害谐波是什么在交流电中，电源发出的是正弦电流和正弦电压，而负载所需要的电流和电压的波形也应当是正弦波形，但是由于各种因素的影响，负载端所需要的电流和电压波形可能会发生畸变，也就是波形不再是正弦波形。
在波形发生畸变的情况下，会有一些波形的分量出现在电力系统中，这些波形分量即为谐波。
谐波的产生原因谐波是由于电力系统中存在非线性负载而产生的。
具体来说，可以将非线性负载分为两类。
第一类是导致电流畸变的负载，如电子器件、弧炉、电弧炉等；第二类是导致电压畸变的负载，如变压器、电动机、放电灯等。
这些负载在工作时，由于其特殊的电学特性，会使得所需电流或电压发生畸变，因此就会产生谐波。
谐波的危害1.使变压器过热谐波电流会使变压器铁核的铜损和铁损增加，从而使变压器温升过高。
在变压器内部，铁芯损功会对油温产生较大的影响，导致油温升高，最终使变压器过热。
如果过热程度严重，会导致变压器绝缘老化、绝缘击穿等。
2.影响电能计量由于谐波电流的存在，会使得电能计量的准确性受到影响。
在全功率电流表中，谐波电流与基波电流的叠加会导致表头转子偏转，造成电表误差。
在互感器中，谐波电流也会使得互感器的准确性受到影响。
3.增加电力系统的损耗谐波电流还会增加电力系统的损耗，如线路上的热损耗、变压器的铜损和铁损等。
由于谐波电流的存在，使得交流电路中的电能的总有效值增加了，从而增加了系统的损耗。
4.影响电源的能力谐波电流会影响电源的能力，使得电源的有效输出功率降低，从而影响设备的正常工作。
如果谐波电流较大，还会影响电源谐波抑制和电源噪声。
5.影响其他设备的正常工作谐波电流还会影响其他设备的正常工作。
由于谐波电流会使得电力系统中的电压波形失真，造成其他设备的故障，如电机的震动加剧、电容器容量下降、接触器碳化等。
虽然谐波在电力系统中存在的时间不长，但是其对电力系统的危害是不可忽视的，需要防范和治理谐波。
通过采用控制非线性负载电流、增加电源稳压器、加装滤波器等方法可以有效降低谐波水平，保障电力系统的正常运行。
什么是电力谐波、电力谐波的危害
什么是电力谐波、电力谐波的危害
发电厂发出交流电的频率是50赫兹，波形是正弦波。
通常称工频。
波形图如下：
在电力系统方面，谐波是指多少倍于工频频率的波形，简称“次”，是指从2
次到30次范围，如5次谐波电压（电流）的频率是250赫兹，7次谐波电压（电流）的频率是350赫兹；超过13次的谐波称高次谐波。
从图二看出电压波形有开口，电流波形是方波，与图一所示波形有很大的差别。
电力谐波对电力网（包括用户）危害是十分严重的，它是一种电力污染，一种人们（用五官直接感受而不通过仪器）看不见、嗅不到、摸不着的污染。
所以往往不被人们注意。
★谐波对电力系统产生的危害主要有以下几点：
1、对电力设备的危害
（1）加速电力变压器绝缘老化，缩短变压器使用寿命。
（2）使开关（断路器）过载，造成经常性跳闸。
由于谐波电流在导体表面流动，引起导体发热，降低了开关的实际容量所致。
（3）使无功补偿设备部件损坏，无法进行无功补偿，加大线路损失，降低变压器额定容
量。
2、对变电所的继电保护产生干扰，易造成保护误动作，导致区域性停电事故。
3、干扰通讯，影响通讯网络。
通讯系统使用大量计算机容易受谐波干扰。
4、对精密设备及家用电器产生危害，如空调、微波炉、电视等。
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10100 1000A 10.1
并联:
10A
UIR
U 10
IT
I11=30A
XT
1250KVA 10/0.4KV Z=5%
IC
XC
480V 300Kvar
IT11 3490A IC11 3520A
并联:
IL
IC
I11=10A
XL
XTR(11) =0.044
XC
XC(11) =0.0455
500V 500Kvar
XC
U2 Q
XC ?0.?500
串联:
I11=??
U11=10V
2000KVA 10/0.4KV Z=5%
XTR(1) 0.004 XTR(11) 0.044
500V 500Kvar
XC(1) 0.5000
XC(11) 0.0455
串联:
I11=??
U11=10V
XTR(11) =0.044
• 公式： S 3UI
S P2 Q2
S2 P2 Q2 Q2 S2 P2 Q S2 P2
功率因数COSφ或PF
• 单位：0……..1（滞后或超前） • 用途：标示或计算有功与视在功率的比值 • 公式：COSφ=P/S φ：功率因数角
功率
Q
S
φ
P
功率因数角就是负载阻抗角
欧姆定理 直流
基本公式 I U
S
ρ：导体电阻率 l：导体长度 S：导体截面积
电感 L
• 单位：H（亨）、mH、μH • 应用：电动机、发电机、变压器、
电磁铁、电抗器等感性负载
• 感抗公式：XL j2fL
XL 2fL
与电阻类似，越串越大，越并越小
电容 C
• 单位：F（法）、mF 、μF
• 应用：无功补偿为主的容性负载
•
容抗公式：
• 公式： P 3UICOS
PI2R（产生热量、损外 耗做 、功 对）
无功功率 Q
• 单位：var（乏）、kvar、Mvar • 作用：电能-电场能、电能-磁场能转换，
建立电磁场等 • 应用：标示或计算负荷的无功功率
• 公式：Q 3UISIN
Q U2（电场能、磁场能转）换 X
视在功率 S
• 单位：VA（伏安）、KVA、MVA • 应用：标示或计算负荷的视在功率
30
100 V
串联:
XL(1)
XL(T)XL(1)XL(2)
10
XL(T) 1010
20 XL(2)
10
串联:
XC(T)XC(1)XC(2)
XC(1) 10
XC(T) 1010
20 XC(2)
10
串联:
100V
XLC XL(XC)
XLC10(10.2)
XL 10
0.2
I U 100500 XC R 0.2
并联:
I1
I2
372A
R1
R2
413 211
并联:
10A
XL 10
XLC X XL L (பைடு நூலகம் X XC C))X XL L X XC C
XC
XLC110 0 (11.01 .01)10 10
10.1UIX LC 1 0 10 1 10 0V 1
IL
U XL
10100 1010A 10
IC
U XC
R
{ RU
推导公式
I
U IR
欧姆定理 交流
{ 基本公式
推导公式
I
Z
U UZ
I
U I Z
串联:
阻抗的串联
RT R1R2
R1
10 RT 1010 20
R2 10
串联的元件电流相等，分压
串联:
I=??
100V
I U1005A R2 R 20
20
串联:
I=5A
R1
U1
20
U1 IR
R2
5 20
电力及谐波基础知识 认识电能
电压 U
• 单位：V（伏特）、kV • 应用：标示系统或负荷的电压值
电流 I
• 单位：A（安培）、kA • 应用：标示系统或负荷的电流值
交流电 时域图
U I超前于U I滞后于U
t
交流电 相位图
I超前于U 相位角小于0 U为零相位
I滞后于U 相位角大于0
三相交流电 时域图
XLC(11) XL(11) (XC(11)) 0.0440.0455 0.0015
XC(11) =0.0455
I11
U 11 X LC (11)
10 6667 A 0 .0015
并联:
10A
阻抗的并联
1 11 RT R1 R2
R1 20
R2 30
RT
R1 R2 R1 R2
RT
203012 2030
XC
j21fCj
1
2fC
XC
1
2fC
电容 C
与电阻相反，越串越小，越并越大
C
C
C/2
C
C
2C
相关知识：C S
d
ε：介质介电常数 S：极板面积 D：极板间距
电阻、感抗、容抗
j
j 1
XL
R
1
XC
有功功率 P
• 单位：W（瓦特）、kW、MW • 作用：电能-热能、机械能、化学能，
发光、发热、拖动机械。 • 应用：标示或计算负荷的有功功率
• 应用：各类负载 阻抗(Z)
电阻(R)
电抗(X)
感抗(XL)
容抗(XC)
j 1
阻抗
j
XZ φ R
Z R2 X 2 Z R jX Z Z
cos R
1
Z
φ为阻抗角
电阻 R
• 单位：Ω（欧姆） m Ω 、k Ω 、M Ω
• 应用：白炽灯、电热丝等发光发热的负载
越串越大，越并越小
相关知识：R l
并联的元件电压相等，分流
并联:
10A V=
UIRT
RT U 1012
12
120V
并联:
U=120V
U 120
I1
R1
6A 20
I1
I2
U 120
10A
R1
R2
I2
R2
4A 30
20
30
I1
I
R2 R1 R2
6A
I2
I
R1 R1 R2
4A
I1U R 1IR 1 T R R I1R R 11 R R 22IR 1R 2R 2
10.2
U L501 0 0500
U C50 01.0 251
串联:
XT 0.005 XC 0.5
XT 0.055 XC 0.04545
XTR
XTR
U2 Sn
Z
XC 500KVAR 500V
XC
U2 Q
串联:
2000KVA 10/0.4KV Z=5%
XTR
U2 Sn
Z
XTR?0.?004
2000KVA 10/0.4KV Z=5%
500V 500Kvar
IL
I XL
XC (XC)
IL(11) I11XL(1(1) X(C(1X1))C(11)) 303A
IC
I XL
XL (XC)
IC(11) I11XL(11)XL((11X) C(11))
UA
UB
UC
t
UC为-120 ° UBC UB为120°
交流电 相位图
UA 、UB 、UC称为相电压(U相) 即为线与地之间的电压
UCA
UAB 、UBC 、UCA称为线电压(U线)
即为线与线之间的电压
UA为零相位 U 线 U 相 3
UBC
U相
U线 3
一般来说，系统电压为U线
阻抗
• 单位：Ω（欧姆） m Ω 、k Ω 、M Ω