2 电力谐波分析与检测

本科毕业设计说明书 第 3 页

谐波的检测和分析是解决谐波污染这一问题的关键，下面将分两大部分对谐波的相关概 念影响及谐波的检测方法做分析介绍。

2。1 电力谐波分析

2。1。1 谐波的定义

IEEE 标准中规定“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。” 我国电力系统的标准频率为 50Hz，所以谐波的频率为 50n（n 为正整数）。而其他不是工频 整数倍的谐波分量称为间谐波，如频率低于基波频率的为次谐波，频率非基波频率整数倍的 是分数谐波[8]。

理想的电压电流波形用正弦函数表示为： ut  Usint ，U 为电压有效值，当存

在谐波时，谐波电压含量 UH，谐波电流含量 IH，表示为：

Un、In 分别为 n 次电压、电流谐波有效值。 得到了各次电压、电流谐波有效值后，谐波总畸变率可用式（2。1）、式（2。2）计算：

THDU 、 THDI 分别为电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率。

U1、I1 分别为基波电压、电流有效值。

2。1。2 谐波的产生

电力系统中引起波形畸变的原因是多种多样的，主要有以下几个方面[9]：

（1） 电网中有着周期性的非正弦独立电源，这些电源加入线性时不变系统后造成输出 的畸变；

（2） 工频电压电流直接作用于非线性负载，产生谐波；

（3） 电力系统中时变负载会产生各次谐波，甚至可使工频基波消失。 在现今的电气设备中，非线性负载占很大比重，不仅各种工业设施会引起波形畸变，一

些商业和居民设施也成为主要的谐波源。谐波源产生谐波电流，在系统内的设备和传输线路 上产生谐波电压，然后这一电压又使得原有的正弦电压发生畸变。以下简单介绍几种传统的 谐波源。

1) 变压器

变压器中产生的谐波与它的设计和操作有关，当它的铁芯处于饱和状态下时，如果它的 实际功率超过额定功率，或者实际电压超过额定电压，就会产生谐波。变压器在饱和区运行 时，会产生非线性磁化电流，从而产生奇次谐波，其中 3 次谐波含量最大。当变压器采用 Y-

△连接时，在△线圈中 3 次谐波可抵消。通常，通过正弦电压励磁的变压器的励磁电流中不 含有偶次谐波，只有在波形对称的条件下，正半周和负半周的幅值不等时才会出现偶次谐波。

在变压器饱和时，谐波电流畸变使电压和电流波形畸变，同时，变压器电压突降会使其 饱和，使磁通量产生直流分量，引起谐波[10]。

2) 旋转电机

旋转电机中的定子或转子线槽有少许不对称或者三相绕组缠绕方式不规则，会使磁通不 按正弦分布，产生谐波电流。此外，如果电机磁芯饱和，也将产生谐波电流，这和变压器中 产生的谐波相似[9]。

3) 功率变流器

功率变流器是用来调整电压和频率等参数的动力调节器，成为配电系统中最主要的谐波 源。它通过电子开关，将交直流电互相变换，在开断过程中会造成电压电流波形畸变，产生 谐波。谐波次数取决于转换器的脉冲次数[9]，在交流侧谐波次数为 np 1 ，直流侧为 np （ n 为文献综述

整数， p 为脉冲次数）。 4) 荧光灯

荧光灯是高度非线性的负载元件，它的工作过程可简单理解为起始镇流器内部的磁心电 感线圈或扼流圈限制灯管中的电流的作用过程，在这一过程中，出现奇次谐波。在三相四线 负荷中，若采用电磁式镇流器，主要谐波为 3 次（占主导），5 次和 7 次；若采用电子式镇