Von welchen Bedingungen hängen die harmonischen Komponenten der in 50/60-Hz-Netzgeneratoren erzeugten Leistung ab?

Ich habe Stromaufnahmedaten aus 11 Ländern (USA-60Hz Netzfrequenz / andere Nation 50Hz). Diese Daten wurden mit einem Audiorecorder (in einem Computer) gesammelt, der über einen Abwärtstransformator direkt an das Stromnetz angeschlossen war. Die 50-Hz-/60-Hz-Sinuswelle der elektrischen Spannung wird also im Grunde als .wav- Datei im Computer gespeichert.

Wenn ich nun eine schnelle Fourier-Transformation an diesen Daten durchführe, ergibt sich eine Unterscheidung zwischen Daten, die von einem Generator (von einem Netz in einem Land) zu einem anderen in der Größe ihrer Oberschwingungen gesammelt wurden. Ich füge die Bilder nach der Durchführung der FFT hinzu.

Raster A Hier ist nur die Hauptkomponente von 60 Hz hervorzuheben.FFT von Grid A-Daten

Gitter B Hier ist die 50-Hz-Hauptkomponente prominent, aber die ungeradzahligen Mehrfachkomponenten sind auch mit abnehmender Bedeutung vorhanden.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Gitter C Ich kann aufgrund von weniger als 10 Wiederholungen keine 3 Bilder posten. Somit hat Grid C kein Bild, aber die Beschreibung gilt immer noch.

Hier ist die 50-Hz-Hauptkomponente prominent, aber auch die ungeraden Mehrfachkomponenten sind vorhanden, jedoch nicht mit abnehmender Bedeutung. Die 3. Komponente hat die größte Bedeutung als die 1., 5. oder 7..

Meine Frage ist, was diese harmonischen Komponenten überhaupt entstehen lässt (möglicherweise ein Aspekt des Generators). Wovon sind sie abhängig oder sind sie willkürlich? Aus der großen Datenmenge in meinem Besitz scheint es bisher, dass dies ein Muster der Generatoren selbst sein sollte, da Daten aus demselben Gitter diese Eigenschaft konsistent zeigen. Kann ein Netz (einschließlich der Generatoren und der Last) plötzlich aufhören, Oberschwingungen zu erzeugen, oder die Größe verschiedener Oberschwingungen ändern?

Außerdem kann ich sehen, dass in Grid A, das aus den USA stammt, die Harmonischen fast nicht vorhanden sind. Wobei Grid B (Libanon) und Grid C (Türkei) signifikante harmonische Komponenten haben. Könnte dies an den besseren Generator- und Laststeuerungsmechanismen der Netze der USA im Vergleich zu denen des Libanon und der Türkei liegen?

PS Alle Informationen darüber wären großartig. Es wäre auch toll, wenn Sie auf relevante Literatur hinweisen könnten.

Die Spannung eines Generators ist keine perfekte Sinuswelle und es gibt viele Lasten ohne perfekten Sinusstrom. Die Gleichrichtung von AC nach DC ist ein Beispiel für nicht sinusförmige Lastströme. Wenn im Netz Hochspannungs-Gleichstromübertragungssysteme verwendet werden, werden einige Oberschwingungen erzeugt.
Der Computer, der zum Aufzeichnen dieser Messungen verwendet wird, könnte aufgrund der Art seiner Stromversorgung dafür verantwortlich sein, zumindest einige dieser Oberschwingungen zu verursachen. Wurde für alle Messungen derselbe Computer verwendet (wahrscheinlich nicht, aber nur zur Überprüfung).
Nein, es wurde nicht derselbe Computer verwendet. In verschiedenen Ländern wurden verschiedene Computer und Audiorecorder verwendet. Es wurden jedoch auch verschiedene Computer verwendet, um die Signale aus den Netzen im Osten der USA und im Westen der USA aufzuzeichnen. Aber die US-Signale enthielten tendenziell weniger Oberwellen. Tatsächlich hatten Signale aus Frankreich im Vergleich zu denen aus Indien, der Türkei und dem Libanon auch weniger signifikante Oberschwingungen, was mich zu der Annahme veranlasste, dass dies auf eine bessere Strominfrastruktur in entwickelten Ländern zurückzuführen sein könnte. Allerdings kenne ich mich mit Energietechnik nicht so gut aus.
Versuchen Sie, auf einer logarithmischen Skala für die Y-Achse zu zeichnen. Dadurch werden die kleinen Komponenten viel klarer dargestellt.

Antworten (4)

Es könnte der Generator sein, aber es ist wahrscheinlicher, dass es die Art der Last ist, die angetrieben wird.

Eine einfache Gleichrichter-/Kondensator-DC-Versorgung zieht Strom nur um die Spitzen der Wellenform der Versorgungsspannung herum, was zu einem Strom mit vielen ungeraden Oberschwingungen und einer Spannungswellenform mit „beschnittenem Sinus“ führt.

Diese Art der Versorgung war lange Zeit in Computern, Fernsehern usw. weit verbreitet, wird aber jetzt in neuen Geräten über einem Leistungsniveau wie etwa 300 Watt durch Gleichstromversorgungen mit "Leistungsfaktor korrigiert" ersetzt. Diese verwenden einen programmierbaren Stromaufwärtswandler, um den Versorgungseingangsstrom so zu erzwingen, als würde er zu einer ohmschen Last gehen.

Es ist ziemlich plausibel, dass es mehr PFC-korrigierte Produkte in den USA und mehr von der alten Art in der Türkei und im Libanon gibt.

Lassen Sie mich eine Referenz für Sie googeln ... https://en.wikipedia.org/wiki/Harmonics_(electrical_power)

Meine Arbeit befasst sich im Wesentlichen mit der forensischen Identifizierung der Herkunft von Aufzeichnungen von Audiodateien. Die Electric Network Frequency (ENF), die um 50/60 Hz schwebt, sickert auch in Audiodateien ein (und wird eingebettet), wenn sie in einem Bereich vor Hintergrundstromstörungen aufgezeichnet werden. Ich verwende statistische maschinelle Lernalgorithmen, um die Ursprünge der Audiodateien zu klassifizieren (was in gewisser Weise die Rohleistungsaufnahmen nachahmt, von denen ich hier spreche + Rauschen). Nun wird davon ausgegangen, dass jedes Grid aufgrund einzigartiger Merkmale des Netzwerks ein einzigartiges ENF-Muster hat (das in der statistischen Analyse auftaucht).
Zu diesen Merkmalen gehören Last, Muster der Lastnutzung, Laststeuerungsmechanismus des Netzes usw. Nun frage ich mich, wie die meisten von Ihnen sagen, dass diese Oberschwingungsvariationen auch von der Last oder dem Netzwerk abhängen, dann sollten sie das auch tun für verschiedene Grids statistisch eindeutig sein? Danke für die Antwort. Es wäre noch hilfreicher, wenn Sie mir Literatur nennen könnten, die die Netzoberschwingungen in Abhängigkeit vom Netz oder der Art der Lasten behandelt. Vielen Dank.
Könnten Sie bitte eine Referenz für "leistungsfaktorkorrigierte" Gleichstromversorgungen angeben? Ich habe versucht, nach einigen zu suchen, aber ich scheine nicht genau das zu bekommen. Danke.

Aus Wikipedia:

Stromoberschwingungen werden durch nichtlineare Lasten verursacht. Wenn eine nichtlineare Last, z. B. ein Gleichrichter, an das System angeschlossen wird, zieht sie einen Strom, der nicht unbedingt sinusförmig ist. Die Stromwellenform kann abhängig von der Art der Last und ihrer Wechselwirkung mit anderen Komponenten des Systems ziemlich komplex werden.

Dioden und Trafos mit Ferritkern (Hysterese im Kern) erzeugen also die Oberschwingungen. Der Generator fügt nicht wirklich Harmonische hinzu. Es ist die Last.

Hier ist ein großartiges Diagramm aus einem Artikel über Oberschwingungen in Stromversorgungssystemen . Es sollte auch beachtet werden, dass die Leitungsimpedanz auch einen großen Einfluss auf Oberschwingungen hat, da die Impedanz verhindert, dass die Quelle (ein großer Generator) die Last „sieht“.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vielen Dank für die schon hilfreiche Antwort. Könnten Sie bitte den Kommentar lesen, den ich zur Antwort von @Neil_UK gemacht habe, um den Kontext zu verbessern. Es wäre noch hilfreicher, wenn Sie mir Literatur nennen könnten, die die Netzoberschwingungen in Abhängigkeit vom Netz oder der Art der Lasten behandelt. Vielen Dank.
Ja, sie sind für verschiedene Netze unterschiedlich, sodass Sie die Oberschwingungen etwas zur Identifizierung verwenden können. Andere Variationen wie das Einschalten von Lasten helfen ebenfalls bei der Identifizierung. Hier kommt der wilde Teil ins Spiel: Es gibt Leute, die dies bereits tun, und sie verfolgen ständig sogar lokale Änderungen und Spitzen. Ich habe in einem EE-Magazin (wahrscheinlich dem Spektrum) gelesen, dass sie eine Audioaufnahme machen und das 60-Hz-Brummen extrahieren und feststellen können, dass die lokalen Variationen der Rasterzeit die Audioaufnahme korrelieren UND den Standort verfeinern . Das ist etwas verrücktes Zeug genau dort.

Wenn Sie das „Netz“ betrachten, sprechen Sie von einem Komplex aus Generatoren und Lasten.
Ihre Wechselstromversorgung kann (lokal) entweder aus einem einzelnen Generator oder mehreren parallel geschalteten Generatoren bestehen.

  1. Bei einem einzelnen Generator sehen Sie eine Wellenformverzerrung, die hauptsächlich auf seiner Konstruktion und niedrigeren Oberschwingungspegeln bei größeren Generatoren basiert.
  2. Bei mehreren parallel geschalteten Generatoren sehen Sie Oberschwingungen basierend auf Konstruktions- und Synchronisations-Offsets

Ihre Lasten können auch lokale Wellenformverzerrungen (Harmonische) basierend auf ihren Stromverbrauchsperioden erzeugen. Eine typische Last, die Netzoberschwingungen mit hoher Leistung erzeugt, sind VFDs mit großer Leistung. Lesen Sie dies für einige Ideen.

Im Allgemeinen gibt es für Ihre US-Versorgung weniger und möglicherweise besser gesteuerte Generatoren am Netz, die eine geringe harmonische Verzerrung ergeben.

In Bereichen, in denen die Generatorlast und -versorgung viel variabler ist, sehen Sie möglicherweise mehr harmonische Verzerrungen. Wenn Sie sich in einer lokalen Versorgungssituation mit mehreren parallel geschalteten Generatoren unterschiedlicher Größe befinden, können Sie eine schlechte Synchronisation und daher möglicherweise höhere Oberschwingungspegel feststellen. Sie können auch sehen, dass Droop die Synchronisation zwischen verschiedenen Generatorgrößen parallel beeinflusst.

Für die Erzeugung von Oberschwingungen basierend auf der Lichtmaschinenkonstruktion kann dies hilfreich sein. Für eine auf Parallelschaltung basierende harmonische Erzeugung kann dies hilfreich sein.

In den wohlhabenden Industrieländern sind alle Arten von Preismechanismen aufgetaucht, die darauf abzielen, das Verhalten der Menschen zu bestimmen. Eine davon ist, die Blindleistung dazu zu bringen, den Strompreis zu erhöhen. Nichtlineare Lasten verursachen harmonische Blindleistung, die genau wie die normale Blindleistung nur Verluste verursacht. Aber es ist schlimmer. Oberschwingungsblindleistung kann nicht durch Reaktanzen oder gleichwertige Synchronmotoren des örtlichen Vertreibers kompensiert werden. Es gibt also einen guten Grund, Massenverbraucher zu linearen Lasten zu zwingen (= Oberwellen herauszufiltern, die durch elektronische Netzteile und Triac-Steuerungen verursacht werden).

In den Entwicklungsländern gibt es noch viel größere Probleme zu lösen. Wenn jemand die Leitung in sein Haus bekommen hat und die Rechnung oder die Bestechungsgelder bezahlen kann, kann er praktisch alles anschließen, solange die Drähte oder Sicherungen nicht ausfallen.

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