电能质量分析与控制6波形畸变与电力谐波
电力系统中谐波分析与治理
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。
第六章波形畸变与电力谐波(2)
1 1
Q UI sin ,
1 1 1
S UI U I U I ,
2 2 2 1 h2 h
D S P Q U I
2 2 2 2 1 h22 h非正弦条件下无功功率的定义
根据传统定义，有
P UI cos I 1 cos cos S UI I 1 THD
其中，加权因子 k , k , k 之和等于1。建议取 ◆三相计算通常取其平均值。
1 2 3
k1 0.5, k 2 0.25, k3 0.25.
非正弦条件下无功功率的定义
2.） 关于谐波有功功率 Ph U h I h cos h
PhGM
PhG
发电机
是由谐波源转换后反送的相互关系图解
S 2 U 2 I 2 cos2 U 2 I 2 sin 2 P2 Q2
有关正弦条件下无功功率和功率因数的补充
从上述意义讲，P S，Q 0则利用效率高，节能节材效 果好。但是在实际工程中， Q 虽然是无效的功率，但不是无 用的功率，是建立电磁场时不可缺少的，是电气运行中储能 元件所必然引起的物理现象。至于这部分无功功率由谁提供 和如何提供，则属无功功率补偿和改善功率因数的技术问题。 ◆为了最大可能利用设备设计容量，并为了反映电气设备的 实际可用容量，提出P与S的比，即功率因数 P ，作为电气 S 设备利用率的标志。
非正弦条件下无功功率的定义
③尽管如此，以上关于无功功率定义的自然延伸仍被广泛采用。但出于以下两点考
虑：为解决继续沿用传统定义中S与P、Q的关系而出现的问题；为反映不同频率电 压电流产生的无功功率部分，引出了畸变无功功率D的说法，并定义为：
电力系统中的电能质量分析与调节策略改进
电力系统中的电能质量分析与调节策略改进随着电力需求的不断增长和电力设备的普及，电能质量问题已成为电力系统面临的重要挑战之一。
电能质量问题对于现代工业制造、商业运营和家庭生活都产生了巨大的影响。
为了保证电力系统运行的可靠性和稳定性，需要对电能质量进行分析和调节。
本文将介绍电力系统中电能质量的分析方法，并探讨调节策略的改进。
电能质量问题主要体现在电压波动、频率偏差、谐波污染、闪变和电能消耗等方面。
为了准确评估电能质量，需要对这些问题进行有效的分析。
在现代电力系统中，广泛采用的分析方法有以下几种。
首先，电能质量监测是分析电能质量问题的关键步骤。
通过安装电能质量监测设备，可以实时监测电压、电流和功率等参数的波形和谐波含量，从而准确评估电能质量的水平。
电能质量监测设备一般包括电压记录仪、电流记录仪和功率记录仪。
这些设备可以将监测到的数据进行存储和分析，为后续的电能质量改进提供依据。
其次，电能质量问题的分析需要对监测到的数据进行处理和分析。
在电能质量监测数据分析的过程中，常用的方法有时域、频域和时频域分析法。
时域分析主要是从时间的角度考察波形的变化情况，如电压波动和闪变等；频域分析则是通过对信号进行频谱分解，来研究谐波问题；时频域分析则结合了时域和频域的方法，可以更全面地分析电能质量问题。
针对电能质量问题，需要提出相应的改进策略来保障电力系统的正常运行。
目前，常见的改进策略主要包括以下几个方面。
首先，提高电力系统的运行质量。
通过控制电压波动、频率偏差和谐波污染等问题，可以有效提升电能质量。
可以采用调节变压器的输出电压、使用高质量的电源和电器设备以及优化电力系统的电源质量等方法来实现。
其次，加强电力设备的检修和维护。
电能质量问题往往与电力设备的老化和故障有关。
定期对电力设备进行检修和维护，可以有效降低电能质量问题的发生率。
此外，还可以加强对电力设备的监测和预警，及时发现并解决潜在的问题。
此外，合理规划电力系统的负荷分配和电源配置也能对电能质量的改进起到积极的作用。
第六章波形畸变与电力谐波(1).
第二节 谐波的基本概念
一、波形畸变及其定义 二、非正弦量有效值和谐波总畸变率 三、非正弦电路的功率和功率因数 四、三相电路中的谐波
交流电为什么要选用正弦函数波形？
1893年4月，美国电气工程 师A.E.Kennelly发表了一 篇论文，他说如果交流电采 用正弦波，就可以引入“阻 抗”概念，和直流电路一样 可利用欧姆定律来计算交流 电路。
第一节 概 述
4.3 污染与综合治理
对自然界可能出现的各种危害与隐患，科学的处理 方法通常是以预防为主，即所谓防患于未然。而事实 上，正象世界上对自然环境污染的治理情形一样，对电 力系统的谐波危害也出现了“先污染，后治理”的现状。
电力行业谐波管理规定中强调, 谐波污染的综合治理 应采取“谁污染,谁治理”的原则 。
第一节 概 述
3. 电力系统谐波问题的提出
从电力工业发展历史来看，电力系统波形畸变问题早在1935年 就已被一些德国专家 (Rissik.H等)所关注，并有相应的论著发表。 1945年有了谐波的经典论文 (付氏分析做为谐波计算的基础)。但是 其影响与推动远未与实际需求相吻合。
70年代初，美国的Kimbark教授从HVDC的研究出发，理论性、 权威性地分析了电力系统谐波问题。
静态励磁PSS及OEC 可控电制动
可调速发电机(ASG) 飞轮变速机组(FWG)
超导磁能储能器
(SMES)
静止无功补偿器(SVC) 静止无功发生器(SVG)
可控串补(TCSC) 可切换串补(TSSC) 可控移相器(TCPS) 相间功率控制器(IPC) 静止同步串补器(SSSC) 统一潮流控制器(UPFC) 静止同步补偿器(STATCOM)
电力电子阀器件按导通关断状态分类
通过谐波治理提高电能质量的措施探讨
通过谐波治理提高电能质量的措施探讨摘要：近年来社会各界不仅对电力资源的需求量逐渐提升，对电力质量的要求也不断提高，这也极大的促进了电力企业电网建设的完善。
谐波是污染电网的重要因素，也是影响电能质量的关键，为了最大限度降低谐波对电能质量的影响，必须全面意识到谐波的危害，掌握其检查方法，并结合实际，采用合理的谐波治理手段，全面提升电能质量，满足社会发展需求，下面对此进行分析。
关键词：谐波；治理；电能质量；提高前言对于谐波，是电力系统中周期性电气量正弦波分量，谐波的频率是基波频率的整数倍。
电网系统中，谐波的产生原因在于整流器、变频器、电弧炉等非线性负载，由于谐波电流、谐波电压会对用电设备、电网、电能质量带来极大危害，所以在日常工作中，必须加强对谐波的治理，减少谐波干扰，保证电网系统的正常工作。
1.谐波治理的意义进入新世纪以后，随着国家对电力这一基础性民生行业重视力度的提升，电网、电源建设获得了显著成效，电能供需矛盾持续缓解，极大的促进了我国国民经济建设。
近年来，随着社会各界需求的提升，电能质量逐渐成为新的电力供需双方矛盾。
对企业而言，电能质量不达标，就会极大的影响到其正常生产，造成巨大损失；对居民而言，电能质量不达标，则会对其日常生活带来诸多不便。
谐波是影响电能质量的重要因素之一，谐波的产生会引起电力设备使用寿命缩短、电子元件误动作、电网设备功率损失加重、继电保护功能下降等，所以在实际中，注重谐波治理，降低谐波污染，不仅能极大的促进电能质量提升，同时还可以有效的提升电网运行安全、稳定，保证电网系统的持续运行。
2.谐波的危害及检测方法2.1谐波的危害谐波的危害主要表现在以下几个方面：（1）谐波电流的不稳定性会导致工业生产、电机旋转磁场相互作用，从而造成电机震动，对电机设备造成破坏，甚至会危害到他人生命安全。
同时谐波电流会造成电子线路设备不稳定，影响到正常使用。
（2）谐波电流会影响到继电保护装置的正常使用，引起继电保护装置误动作。
电力系统中电流谐波的分析与治理
电力系统中电流谐波的分析与治理在当今的电力系统中，电流谐波问题日益凸显，对电力设备的正常运行、电能质量以及整个电力系统的稳定性都产生了不可忽视的影响。
因此，深入分析电流谐波的产生原因、特性，并采取有效的治理措施显得尤为重要。
一、电流谐波的产生电流谐波的产生源头较为多样。
电力电子设备的广泛应用是其中的主要因素之一。
例如，变频器、整流器、逆变器等在工作时，会将交流电源转换为直流电源或对交流电源进行变频控制，由于其开关动作的非线性特性，导致电流发生畸变，从而产生谐波。
非线性负载也是谐波的重要来源。
像电弧炉、电焊机等设备，其工作电流随时间变化呈现出非线性特征，使得输入的正弦电流发生扭曲，进而产生谐波电流。
此外，变压器的铁芯饱和也会引起电流谐波。
当变压器铁芯中的磁通密度超过饱和点时，励磁电流会出现明显的非线性增长，产生谐波分量。
二、电流谐波的特性电流谐波具有一些显著的特性。
首先是频率特性，谐波的频率通常是基波频率的整数倍。
例如，5 次谐波的频率是基波频率的 5 倍。
其次是幅值特性。
不同次数的谐波幅值大小不尽相同，一般来说，低次谐波的幅值相对较大，对电力系统的影响也更为显著。
电流谐波还具有相位特性。
各次谐波的相位关系较为复杂，会对电力系统中的功率传输和电能质量产生影响。
三、电流谐波的危害电流谐波给电力系统带来了诸多危害。
它会增加电力设备的损耗，如变压器、电动机等，导致设备发热加剧，降低其使用寿命。
对输电线路来说，谐波电流会引起线路的额外损耗，降低输电效率，同时可能引发谐振，导致过电压，威胁线路的安全运行。
在电能质量方面，谐波会导致电压波形畸变，影响供电的稳定性和可靠性，可能引起电气设备误动作，影响精密仪器和电子设备的正常工作。
四、电流谐波的分析方法为了有效地治理电流谐波，首先需要对其进行准确的分析。
常见的分析方法包括傅里叶变换、快速傅里叶变换（FFT）等。
傅里叶变换能够将时域中的电流信号转换为频域信号，从而清晰地展示出各次谐波的频率和幅值。
电力系统中谐波的危害与产生（三篇）
电力系统中谐波的危害与产生电力系统中的谐波是由于电力设备的非线性特性引起的。
在电力系统中，谐波的危害包括对电力设备的损坏、电能质量的恶化以及对用户的影响等方面。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
谐波对电力设备的损坏是谐波危害的主要方面之一。
谐波会引起设备的绝缘老化、过热、机械振动等问题。
尤其是对于变压器和电动机等设备来说，由于谐波的存在会引起电流和电压的畸变，导致设备的工作效率下降，甚至引发设备的故障和停机。
此外，谐波还会引起电容器的谐振和过电压问题，增加电力设备的工作负荷，缩短其使用寿命。
谐波对电能质量的恶化也是谐波危害的重要方面之一。
谐波会导致电能质量的下降，主要表现为电压和电流的畸变，波形失真，功率因数的下降等。
这不仅会影响电力设备的正常工作，还会对电力系统的稳定性和可靠性造成影响。
谐波还会引起电力设备的谐振现象，导致设备振动，造成噪音污染，影响人们的生活质量。
谐波对用户的影响主要体现在电力质量的下降和对电子设备的损坏。
谐波会引起电压的波动和电流的畸变，导致电子设备的正常工作受到干扰，增加设备的故障率，降低设备的使用寿命。
尤其是对于一些对电力质量要求较高的用户来说，如计算机、通讯设备、医疗设备等，谐波对其正常工作的影响更为显著。
此外，谐波还会导致电能的浪费，增加用户的用电成本。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
非线性负载是产生谐波的主要原因之一。
非线性负载如电子设备、电力电子器件等在工作过程中会产生非线性电流，其含有大量谐波成分。
此外，电力设备的设计及运行也会引起谐波的产生，如电容器的谐振，变压器的匝间谐振等。
而电网的接地情况也会影响谐波的产生和传播，如电网的接地方式不当会引起谐波回流和间接接触问题。
为了减少谐波的危害，需要采取一系列的措施。
首先，可以通过合理选择电力设备和设备的工作参数来降低其谐波产生的概率。
其次，可以采用滤波器等设备对谐波进行抑制和补偿。
电能质量分析与控制
2020/4/22
N 2 log2 N
次。以N=1024为例，计算量降为
5120次，仅为原来的4．88％，数字信号处理的里程碑。
常用基2FFT算法—蝶形运算：
六、傅里叶变换的特点及其应用
1、傅里叶变换的特点
傅里叶谱反映的是信号的统计特性。从其表达式中也可以看出，它
是整个时间域内的积分，没有局部化分析信号的功能，完全不具
1
F ( )e jt dt
2
F(ω)是ω的连续函数，称为信号f(t)的频谱密度函数，或简称频谱，
它又可进一步分成实部和虚部、幅度谱和相位谱。
2020/4/22
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2电能质量的数学分析方法
三、离散傅里叶变换
为了实现连续傅立叶变换，需要用到数值积分。实际应用时需要
进行离散化。给定实的或复的离散时间序列：x0,x1,…,xN-1设该
对该电压信号用离散化傅里叶级数编程求各次谐波含量（该算法延迟 时间？）
2020/4/22
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2电能质量的数学分析方法
二、连续傅里叶变换
设f(t)为一连续非周期时间信号，满足狄里赫利条件，那么，f(t)的 傅里叶变换存在，并定义为 ：
反变换为
^
F() f ()
f (t)e jtdt
∨
f (t) F ()
备时域信息。
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2电能质量的数学分析方法
在电能质量分析领域中，傅里叶变换得到了广泛应用。但是，在运 用FFT时，必须满足以下条件： ①满足采样定理的要求，即采样频率必须是最高信号频率的2倍以上； ②被分析的波形必须是稳态的、随时间周期变化的。当采样频率或信 号不能满足上述条件时，利用FFT分析就会产生“频谱混叠”和 “频谱泄漏”现象，给分析带来误差。
电力系统中谐波分析与治理
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。
电能质量问题分析与治理
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。
电能质量及谐波标准
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。
电能质量分析与控制(第六章)
6.2 波形畸变的基本概念
《电能质量分析与控制》
• 无功功率
正弦电路：若
u 2U sin t
i 2I sin(t ) i p iq
有功功率：
P UI cos
平均功率
无功功率：
Q UI sin
大连理工大学电气工程学院
6.2 波形畸变的基本概念 非正弦电路：
畸变功率：D S P Q U
仅有同频率的电压和电 流才构成有功功率； 对称三相系统电压、电 流的各次谐波具有不同的 相序特性； 不同频率的无功功率是 不可能互相抵消或补偿的。 不对称三相系统各次谐 波的相序和对称时不同， 各次谐波都可能不对称， 可用对称分量法分解。
I1 I1 1 DPF cos 1 = cos 1 功率因数： PF 2 I I 1+THDI
电压和电流的有效值： U
《电能质量分析与控制》
U
n 1
2 n
I
2 I n n 1
有功功率：
P U n I n cos n
n 1
视在功率： 无功功率：
2
S
U
n 1
2 n
I
n 1
2 n
Q S 2 P2
2 2 2 f 2 2 I n n2
发电机
（1）发电机磁饱和非线性产生的谐波
磁极磁场并非完全 按正弦分布
定子绕组出现的负序电流引起，转 子侧偶次，定子侧齐次
大连理工大学电气工程学院
6.3供用电系统典型谐波源
《电能质量分析与控制》
变压器与电抗器
铁磁 饱和
计及磁滞影响
电压与磁通为正 弦波 电流为正弦波 一般小于额定满载 电流的 1%
电能质量分析与控制6章-波形畸变与电力谐波
总畸变率描述电流时的局限性
I1
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4
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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5
6波形畸变与电力谐波
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。
2020/10/1
1
6波形畸变与电力谐波
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波形畸变与电力谐波
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
电力系统中的电能质量分析
电力系统中的电能质量分析电力系统中的电能质量对于保障电力供应的稳定性和可靠性至关重要。
本文将对电力系统中的电能质量进行详细分析。
一、引言随着电力系统的不断发展和电动设备的普及应用，电能质量问题日益凸显。
电能质量不佳不仅会影响设备的正常运行，还有可能导致设备损坏、生产事故甚至火灾等严重后果。
因此，进行电能质量分析并采取相应的改善措施至关重要。
二、电能质量参数在电力系统中，常用的电能质量参数主要包括电压波动、电压暂降、电压暂升、电压闪变、谐波、电压偏差等。
这些参数反映了电能质量的稳定性和纯度。
1. 电压波动：电压波动是指电压在一定时间范围内的变动情况。
当电压波动超出一定范围时，会导致设备的故障或不正常工作。
2. 电压暂降和电压暂升：电压暂降和电压暂升是指短时间内电压的降低或升高。
这种暂时的电压变化可能造成设备的断电或过电。
3. 电压闪变：电压闪变是指电压瞬时大幅度波动或频繁的电压波动。
电压闪变会导致灯光的明暗突变，给人眩晕感。
4. 谐波：谐波是指频率为系统基波频率整数倍的畸变波。
过多的谐波会导致设备损坏、通信干扰等问题。
5. 电压偏差：电压偏差是指电压与期望值之间的差值。
电压偏差过大会导致设备的过热、故障等问题。
三、电能质量分析方法为了准确地分析电力系统中的电能质量问题，有以下几种常用的分析方法：1. 参数测量法：通过在电力系统中设置专门的仪器和传感器，实时监测和记录电能质量参数。
通过对数据进行分析，可以确定电能质量问题的具体原因。
2. 现场调查法：通过实地走访和调查，了解设备运行的实际情况和用户的需求。
通过与用户交流和设备观察，可以初步判断电能质量问题的来源。
3. 系统模拟法：通过利用电力系统仿真软件，建立电力系统的模型。
通过改变模型中的参数和拓扑结构进行仿真分析，可以预测出电能质量的变化和问题。
四、电能质量改善措施针对电力系统中存在的电能质量问题，可采取以下改善措施：1. 定期检修与维护：将设备的检修与维护作为常规工作，定期进行检查与保养，及时发现和修复潜在问题。
电能质量的监测与控制
电能质量的监测与控制随着电气设备的广泛应用，电能质量的监测与控制变得愈加重要。
电能质量指电力系统中存在的一些不纯度问题，例如谐波、电压波动、闪变、谐波畸变等。
这些问题可能会导致电气设备的故障、降低电气设备的寿命、影响用电器的工作效率、危及生命财产安全等。
因此，电能质量的监测与控制对电力系统的安全稳定运行至关重要。
目前，电能质量的监测与控制主要通过以下方式实现：一、电能质量参数的监测电能质量问题的判别首先需要对电能质量参数进行监测，并对其进行分析和处理。
主要的电能质量参数包括电压、电流、功率因数、频率、谐波、电压闪变、电流不平衡度等。
通过对这些参数的监测与分析，可以及时发现电能质量问题并加以处理。
电能质量参数的监测可以通过专业的电能质量监测设备实现。
电能质量监测设备包括数据采集器、传感器等，可以对电能质量参数进行精准监测和记录。
监测数据可以通过通信网络传输，提供给电力系统管理者和用户。
同时，电力系统管理者还可以通过远程监控的方式，实时监测电能质量参数，及时发现和处理电能质量问题。
二、电能质量问题的诊断在对电能质量参数进行监测和分析的基础上，需要对发现的电能质量问题进行诊断。
电能质量问题的诊断需要在掌握完整的监测数据的基础上，进行专业分析和判断。
电能质量问题的诊断可以通过专业的电能质量分析软件实现。
电能质量分析软件可以提供详细的电能质量参数分析和判断，形成报告并提供处理方案。
在诊断电能质量问题时，还需要考虑电气设备的使用状况、质量问题和工作环境等因素，综合分析得出最优化的处理方案。
三、电能质量问题的控制在诊断出电能质量问题后，需要采取合适的控制措施，以保证电力系统的稳定运行。
主要的电能质量问题控制措施主要包括以下几种：1、通过改进电力系统结构来实现电能质量的控制。
选用合适的电力系统结构，可以有效地避免电能质量问题的发生，并提高电力系统的运行效率。
2、通过选用合适的电气设备来实现电能质量的控制。
合适的电气设备可以有效地减少电能质量问题的发生，同时还可以提高电路的效率和可靠性。
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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
第二临界状态，电容支路呈感性
h2 1
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s 2k
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三次谐波问题 并联电容器后，对三次谐波有放大作用，应引起注意 电阻性负荷的作用 起阻尼作用，一般线路的电阻可有效抑制谐振的发生
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6波形畸变与电力谐波
6.7电容器与串联电抗器的电压和电流 一、无功功率补偿引起的母线电压升高 Xd、Sd为母线短路阻抗、短路容量。 二、电容器与串联电抗器的电压和电流 设电容器与串联电抗器的基波电抗分别为Xc和Xk，母线、电容器 和电抗器的基波电压分别为U1、Uc1和Uk1，电容器的基波电流为 I1，有： U1 1
U d
P P1 3U 1 I1 cos1 3UI1 cos1
（3）考虑到实际情况，存在换相重叠角，电流变 化平滑，谐波含量较理论值有所降低 例6-1
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UI d cos1
6波形畸变与电力谐波
3. 双三相桥式整流 12脉动整流器，只含12k±1次谐波。 特征谐波：
P K1M P M KhM PhM 1
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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6波形畸变与电力谐波
图：基波及谐波有功潮流 对线性用户 PJ1： K1M P M KhM PhM 1
四、三相电路中的谐波
uah 2U h sin(h1t h )
ubh 2U h sin(h1t h h 120 )
uch 2U h sin(h1t h h 120 )
1. 当h=3k+1（k=０,１,２,„）时，三相电压谐波的相序都与基波的 相序相同，即1、4、7、10等次谐波都为正序性谐波。 2. 当h=3k+2时，三相电压谐波的相序都与基波的相序相反，即２、 ５、８、11等次谐波都为负序性谐波。 3. 当h=3k+3时，三相电压谐波的相序都有相同的相位，即３、６、 ９、1２等次谐波都为零序性谐波。
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2 3I d
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（2）控制角不为零时 电流为波宽120o的缺口矩形波，缺口宽度为 60o。 谐波含有率1/h。 基波电流相位落后电压，功率因数<1，吸取无功
1 T 3 2 3 6 u d dt u ab dt U cos U d 0 cos T 0 / 6 3 6
0.16 ~ 0.36rad
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2、电力调节电路
移相控制单相交流调压电路(电阻性负载)
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6.4 谐波的影响和危害
在电力危害方面： ⑴旋转电机等的（换流变压器过载）附加谐波损耗与发热，缩短使用寿命； ⑵谐波谐振过电压，造成电气元件及设备的故障与损坏； ⑶电能计量错误。 在信号干扰方面： ⑴对通信系统产生电磁干扰，使电信质量下降； ⑵重要的和敏感的自动控制、保护装置不正确动作； ⑶危害到功率处理器自身的正常运行。
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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。 畸变电流流经系统时，在系统 阻抗上产生压降，从而产生电 压畸变。
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一、几个概念：
1. 2. 3. 4. 谐波：基波频率的整数倍。 间谐波和次谐波：有些用电负荷会出现非工频频率整数倍 的周期性电流的波动，又称为分数谐波，或称为间谐波。 频率低于工频的间谐波又称为次谐波。 谐波和暂态现象：暂态和谐波是两个完全不同的现象，它 们的分析方法也是不同的。暂态过程高频分量与系统的基 波频率无关。 短时间谐波：对于短时间的冲击电流（变压器空载合闸）， 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。 陷波：换流装置在换相时，会导致电压波形出现陷波或称 换相缺口，不属于谐波范畴。
h kp 1
三、电弧炉
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四、电力机车
由于电力机车的负荷是单相整流性质，故对电网影响主要是“负序” 和“高次谐波”。其谐波特点：随机波动性、高压渗透性、稳态 奇次性。
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五、家用电器
1、桥式整流电容平波电路 电视机的谐波特点是谐波的峰值与基波峰值重合，同相电压供电 的多台电视机产生的谐波相位相同，而且同时间的使用频率高， 造成供电系统谐波增大。
p f U THFF h fh h 100% h 1 800 1000 U1
50 2
f h 谐波频率
p fh 该频率权值
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四、谐波对电能计量的影响
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
I sh
Ch
I s Ch I h s k 1 h2
sh
I sh k 1 h2 Ih s k 1 h2
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谐振状态，并联谐振
h0 1 s k
电容器全谐振，串联谐振
hk 1
k
第一临界状态，电容支路呈容性
h1 1
HRI h
M 2 h
Ih 100% I1
THDI
I
h2
I1
100%
总畸变率描述电流时的局限性
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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
I cos h
无功功率物理意义为能量互换的最大规模，并不消耗电能 T 2、非正弦电压、电流 1
Ud0
ia (t )
1 T 3 /2 3 6 u d dt u ab dt U 1.35U 1 0 T /6
1 1 1 1 (sin 1t sin 51t sin 71t sin111t sin131t ) 5 7 11 13
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定义视在功率：
定义畸变功率
2 2 S UI (U h )( I h ) h h
D S 2 (P 2 Q 2 ) f
一般实际情况：电压畸变小，可考虑成正弦信号，有
P UI1 cos 1 Q1 UI1 sin 1
功率因数
PF
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二、整流装置
AC/DC整流器、DC/AC逆变器以及变频设备等。
1.单相全控桥式整流器
1）直流侧电感足够大，电流波 形是连续的交变方波，正负半周 的波形完全相同，幅值相等。
谐波含有率1/h。
i (t ) 4Id 1 1 (sin 1t sin 31t sinh 1t ) 3 h
P
uidt U T
0 h
h h
仅同频率的电压和电流才能构成有功功率，不同频率的电压和电流 不构成有功功率 Q f U hI h sin h 定义无功 h Qf没有正弦波情况下能量交换的最大量度等明确的物理意义， 某谐波可能出现感性无功功率 ，而另一次谐波可能出现容性无 功功率，不同频率的无功相加本身无意义。
铁芯损耗。铁损的增加取决于谐波对外加电压的影响以及变压 器铁芯的设计。电压畸变的增加将使得铁芯叠片中涡流电流增 加，总的影响取决于铁芯叠片的厚度以及钢芯的质量。 随着谐波频率的增高，集肤效应更加严重。另外可能引起噪音 的增大。