电网谐波分析与处理

电网谐波分析与处理

总结: 近年来，随着中国经济的快速发展，电网中非线性负载的用户比例持续增加，导致供电质量严重下降. 特别是在冶金，化工，电气化铁路的发展中，电力系统中的非线性负荷和冲击负荷日益增加，对电网电能质量的“污染”加剧，电网的非线性（谐波）和非对称（负序）和波动性越来越严重. 引发了电网中的许多异常和事故. 谐波处理不仅可以降低功耗，而且可以延长设备的使用寿命，改善电磁环境，提高产品质量. 

关键字: 电能质量，非线性，谐波控制

首先，谐波的基本特性和测量分析

（1）谐波的基本特征.

谐波是周期电量的正弦波分量，其频率是基频的整数倍. 从理论上讲，非线性负载是电网谐波的主要原因. 非线性负载吸收电流和施加的端电压具有非线性关系. 这种负载的电流不是正弦波，会导致电压波形失真. 用傅立叶级数分解周期性失真波形后，那些大于基频的分量称为谐波.

除了产生基波谐波外，非线性负载还可能在基波频率以下产生次谐波，或者在基波频率以上产生非整数谐波. 电力系统中发生系统短路，断路等事故，以及由于系统进入暂态过程而引起的谐波不属于谐波管理范畴.

要控制谐波并改善电源质量，您需要了解谐波的类型. 谐波根据其性质和波动速度可以分为四类: 准稳态谐波，波动谐波，快速变化的谐波和间谐波. 由于其多样性和随机性，在实际工作中，很难准确评估谐波值. 因此，IEC6100-4-7标准规定了前三种谐波. 建议使用数学统计方法测量谐波. 考虑到数学统计和数据压缩的需求，该标准为测量周期和从测量值计算谐波值提供了建议. 

国家标准GB / T14549-1993使用在3s的观察期内有效测量的每个谐波的均方根值的95％作为评估谐波的标准. 为简便起见，将测量值从大到小排序，丢弃前5％大值后剩余的最大值约为95％概率值. 

（2）谐波的测量和分析.

国家标准规定谐波分析论文，谐波测量过程中的运行模式为: 电网正常供电时可能发生的最小运行模式，以及谐波电压和电流测试. 在测量点附近安装电容器组时，应在电容器组的各种工作模式下进行测量. 测得的谐波次数通常为2-25倍，并根据谐波源的特性或测试分析结果进行相应调整. 谐波电流的允许值的计算与三个参数有关: 最小短路容量SK1，电源容量St和协议容量Si. 最小短路容量是指正常最小运行模式下的短路容量. 协议容量不包括备用冷备容量；电源设备容量对应于最小短路容量下的电源模式. GB / T14549-1993公共电网谐波规定: 对于负载变化较快的谐波源，测量间隔不超过2min，每个测量结果可以是3s以内的测量值的平均值，测量次数为一般不少于30次；没有规定慢变谐波源测量的间隔和持续时间. 当前，电能质量都使用连续接缝监控，即测量间隔大于3秒，通常为1至15分钟. 可以进行以下测量: 电压偏差，频率偏差，谐波，电压波动，闪变，三相不平衡，电压波动和闪变，电压骤升，下垂，中断等.

在实际测量工作中，通常使用谐波测试仪来监视和分析谐波. 通常，将用户接入公共电网的公共连接点用作谐波监测点. 在测量注入公共电网的电压和电流之后，通过分析电压和电流获得谐波测量数据. 

与单点谐波测量相比，从区域或整个电网的角度来看，定位谐波源并确定谐波模型进行分析是一个相对复杂的过程. 对于谐波源定位，通常使用功率方向方法和瞬时负载参数划分方法. 谐波模型分析有三种通用方法: 非线性时域仿真，非线性和线性频率分析. 三种方法的共同点是对电网进行适当的线性化，但是在处理非线性设备时采用了不同的仿真方法.

获取谐波测试结果后进行分析，并选择测量周期内各相实际测量值的95％概率值中最大的一个作为判断谐波是否超过允许值的依据;根据公共电网的谐波，电压（相电压）极限表确定谐波电压是否超过标准；根据所有用户在公共连接点至此点注入的谐波电流的允许值，确定谐波电流是否超过标准.

电网中的二次谐波源

严格来说，电网的每个链路，包括发电，传输，分配和功耗，都可能产生谐波，其中谐波最有可能位于功耗链路中.

发电.

发电机由三相绕组组成. 从理论上讲，发电机的三相绕组必须完全对称，发电机中的铁芯必须完全均匀，以免引起谐波的产生，但受到过程和环境的影响，以及由于生产技术的局限性，发电机将始终产生少量谐波. 

传输和分发.

在输配电系统中有大量的电力变压器. 由于变压器中铁芯的饱和度，磁化曲线的非线性特性和磁化曲线的近饱和部分上的额定工作磁密度，磁化电流呈尖峰状并包含大量奇次谐波. 变压器铁心的饱和度越高谐波分析论文，其工作点与线性度的偏差就越远，并且产生的谐波电流就越大. 严重时，三次谐波电流会达到额定电流的5％.

功耗.

电源链路中有更多谐波源. 晶闸管整流器设备，变频设备，充气式电光源和家用电器会产生一定量的谐波. 

晶闸管整流技术广泛应用于电力机车，充电设备和开关电源等许多方面. 它采用相移原理. 半周期正弦波从电网吸收，剩下的半周期正弦波留给电网. 该半周期正弦波在分解后会产生大量谐波. 统计数据表明，整流设备产生的谐波占全部谐波的近40％，是最大的谐波源. 

频率转换原理通常用于水泵，风扇和其他设备. 变频通常分为两类: AC-DC-AC变频器和AC-AC变频器. 前者通过三相桥式晶闸管整流将380V 50Hz工频电源转换为直流电压信号. 滤波后，高功率晶体开关元件被转换为变频交流信号. 后者将固定频率的交流电直接转换为相数相同但频率可调的交流电. 两者都使用相位控制技术，因此转换后将产生具有复杂分量（全部或分数）的谐波. 由于变频装置通常具有大功率，因此也会对电网造成严重的谐波污染. 

充气电光源和家用电器是更常见的谐波源，例如荧光灯，高压水银灯，高压钠灯和金属卤化物灯，它们利用气体放电原理发光. 它们的伏安特性具有明显的非线性特性. 诸如计算机，电视，录像机，可调光灯，恒温炊具，微波炉等家用电器，由于内置了稳压调节组件，将对电网产生高阶奇次谐波；电风扇，洗衣机和空调包括低功率电动机. 会产生一定量的谐波. 尽管这类设备的功率很小，但是数量却很大，这也是电网谐波源中不容忽视的因素. 

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