电力系统仿真：电力系统故障分析_（6）.谐波故障分析.docxVIP

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谐波故障分析

1.谐波的基本概念

谐波是电力系统中一种常见的故障现象，它是指在正弦波基波的基础上，叠加了频率为基波整数倍的非正弦波成分。这些非正弦波成分会导致电力系统的电压和电流波形发生畸变，从而影响电力系统的稳定性和设备的正常运行。谐波的产生原因多种多样，包括非线性负载、换流设备、电力电子装置等。

1.1谐波的数学表示

谐波可以用傅里叶级数来表示。假设一个周期信号vt的基波频率为f

v

其中，V0是直流分量，Vn和Vn′是第n次谐波的幅值，ω0=2πf0是基波角频率，θ

1.2谐波的危害

谐波对电力系统的影响主要体现在以下几个方面：-增加损耗：谐波会导致电力系统中的电阻、电感和电容元件的损耗增加，从而增加系统的运行成本。-影响电能质量：谐波会使电压和电流波形发生畸变，影响电能质量，导致设备无法正常工作。-过载和过热：谐波会使设备的电流增大，导致设备过载和过热，降低设备的使用寿命。-继电保护误动：谐波可能引起继电保护装置的误动作，影响电力系统的安全运行。

2.谐波的测量与分析

2.1谐波的测量方法

谐波的测量通常使用以下几种方法：-傅里叶变换：通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，从而分析各个频率分量的大小。-数字信号处理：利用数字信号处理技术，如快速傅里叶变换（FFT），对采集到的电压和电流信号进行分析。-谐波分析仪：使用专门的谐波分析仪进行测量，它可以提供详细的谐波分析结果，包括各次谐波的幅值和相位。

2.2谐波的分析工具

现代电力系统仿真软件如MATLAB/Simulink、PSCAD/EMTDC等都提供了强大的谐波分析工具。这些工具可以帮助工程师快速准确地分析电力系统中的谐波问题。

2.2.1MATLAB/Simulink中的谐波分析

MATLAB/Simulink是一个广泛使用的电力系统仿真工具，它提供了多种分析谐波的方法。下面是一个使用FFT进行谐波分析的示例。

%示例代码：使用FFT进行谐波分析

%生成一个含有谐波的电压信号

t=0:0.001:1;%时间向量，1秒

f0=50;%基波频率，50Hz

V0=10;%基波幅值

V1=2;%第3次谐波幅值

V2=1;%第5次谐波幅值

v=V0*sin(2*pi*f0*t)+V1*sin(2*pi*3*f0*t)+V2*sin(2*pi*5*f0*t);

%进行FFT变换

N=length(v);

Y=fft(v);

P2=abs(Y/N);

P1=P2(1:N/2+1);

P1(2:end-1)=2*P1(2:end-1);

f=f0*(0:(N/2))/N;

%绘制频谱图

figure;

plot(f,P1);

title(电压信号的频谱图);

xlabel(频率(Hz));

ylabel(幅值);

gridon;

2.3PSCAD/EMTDC中的谐波分析

PSCAD/EMTDC是另一个强大的电力系统仿真软件，它提供了多种谐波分析功能。下面是一个在PSCAD/EMTDC中进行谐波分析的示例。

建立模型：在PSCAD/EMTDC中建立一个包含非线性负载的简单电力系统模型。

设置测量点：在需要分析谐波的节点设置电压和电流测量点。

运行仿真：运行仿真并导出测量点的数据。

分析数据：使用PSCAD/EMTDC内置的谐波分析工具对数据进行分析。

3.谐波的产生原因

3.1非线性负载

非线性负载是谐波产生的主要原因之一。常见的非线性负载包括整流器、逆变器、变频器、电弧炉等。这些设备在工作时，由于其非线性的特性，会导致输入电流波形发生畸变，从而产生谐波。

3.1.1整流器产生的谐波

整流器是一种将交流电转换为直流电的设备。在工作时，整流器会产生大量的谐波，尤其是低次谐波。下面是一个使用MATLAB/Simulink模拟整流器产生谐波的示例。

%示例代码：模拟整流器产生的谐波

%生成一个单相整流器的输入电压信号

t=0:0.001:1;%时间向量，1秒

f0=50;%基波频率，50Hz

V0=220;%基波幅值

v=V0*sin(2*pi*f0*t);

%模拟整流器的输出电流

i=rectify(v);%rectify函数用于模拟整流过程

%绘制输入电压和输出电流波形

figure;

subplot(2,1,1);

plot(t,v);

title(输入电压波形);