电力电网中产生谐波的分析探讨

电力电子技术是现代电力技术发展的重要支柱,谐波污染已成为电力电子技术发展亟待解决的问题。随着供电可靠性要求的提高,公用电网中的谐波问题也日益引起重视,必须符合国家标准GB/T 14549-1993《电能质量:公用电网谐波》的规定,促使电力电子领域的科研人员必须对谐波问题进行研究,从而有效治理电气环境污染,实现电网“绿色”工程。

产生谐波电流、平均功率因数低且起动无功冲击大

现代电力系统中,电力电子设备的应用越来越广泛,各种非线性、冲击性、波动性和不对称负载大量增加,造成诸如电压波动、电压跌落及谐波等电能质量污染日趋严重。电能质量问题给生产生活带来的影响日趋严重,已受到供电企业和广大用电用户的广泛关注。目前,如何有效地提高电能质量是供电部门、电力用户和电力设备制造商共同关注的问题。为此,本刊特邀请了行业专家、供电公司、电力用户及制造单位的技术人员就电能质量相关焦点问题展开讨论。

基于二次谐波产生光谱与显微成像的CdS纳米线空间取向研究

作为一种非线性光学效应,二次谐波产生(second harmonic generation,SHG)因其良好的偏振敏感性在获得物质成分、结构、特性等信息方面具有广泛应用.尽管前人利用SHG光谱或SHG显微成像方法探索研究了纳米线的精密定位或追踪问题,但是结合使用SHG光谱与SHG显微成像方法实现纳米材料结构与晶轴空间取向方面的研究鲜见报道.本研究分别使用SHG光谱与SHG显微成像方法研究了CdS纳米线空间取向问题.首先,基于全光学分析方法从实验上和理论上研究了硫化镉(CdS)纳米线SHG光谱强度随入射光偏振方向变化的规律,并详细分析了晶轴方位角γ,ω,φ对CdS纳米线SHG花型图的影响.其次,通过理论计算与实验测量结果相互验证,成功确定了单根CdS纳米线的3个晶轴取向.最后,利用偏振相关的SHG显微成像方法研究了单根CdS纳米线的空间取向,发现单根CdS纳米线不同部位具有不同的SHG响应.研究结果为SHG光谱与显微成像在纳米材料空间高精度定位研究提供了新的思路与重要参考,并为纳米材料在生物医学方面的潜在应用提供了重要启示.

电气化铁路“车-网”系统串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置设计与测量方法

精确测量动车组与电力机车(简称机车)四象限变流器(four-quadrant converter,4QC)和牵引网的宽频带阻抗特性是识别电气化铁路“车-网”系统振荡和不稳定问题的重要途径。然而,已有研究采用单一电压/电流扰动注入方式对牵引网或机车4QC阻抗进行测量,可能造成部分谐波扰动流向非目标测量对象,导致被测对象的谐波扰动信噪比低,影响阻抗测量精度。因此,该文提出一种适用于电气化铁路“车-网”联合系统的串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置与阻抗测量方法,装置具有电压和电流两种工作模式,可以发出频带为1~3000Hz的宽频谐波扰动。扰动产生装置拓扑主要由多绕组降压变压器、谐波功率放大单元、并联LC谐振电路和反串联绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块等部分构成,结合双闭环dq解耦控制和载波移相开环脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)控制策略,实现频带双边可控、幅值可控且分布均匀的大功率谐波扰动输出。最后,利用MATLAB/Simulink仿真和RT-Lab硬件在环实验验证该文串/并联双模式宽频谐波扰动产生装置设计方案及阻抗测量方法的正确性与有效性。

基于不同物理机制的固体高次谐波产生对激光参数依赖特性的理论研究

高次谐波产生(high-order harmonic generation,HHG)机制的研究,主要集中在带间极化和带内电流,以及由Berry曲率引起的反常电流机制上.将强激光诱导完整电流分解为不同机制的贡献,得到长期以来被忽视的混合项电流.通过数值求解半导体Bloch方程(semiconductor Bloch equation,SBE),研究了不同机制产生高次谐波的峰值振幅和激光波长相关性,探索了各电流机制之间的相干性.研究发现,无论是随着波长变化还是随着峰值振幅的变化,混合项电流与带间极化电流诱导的高次谐波谱有着十分相似的变化规律,以及极其接近的谐波强度;同时发现Berry曲率诱导的反常谐波只能产生垂直于激光场偏振方向的偶次谐波,且在波长和峰值强度变化过程中出现的极小值是反常谐波独有的特征.通过分析不同机制之间的干涉作用,发现带间极化谐波与带内谐波(包括反常谐波)在垂直偏振方向上发生了明显的相互干涉,而混合项谐波与带内谐波的相干则微乎其微.

基于场致激光二次谐波产生原理的纳秒脉冲电场非介入测量方法研究

局域电场是放电等离子体的重要微观参数,非介入式时空分辨的电场诊断对深入理解放电演化机制具有重要意义。该文对现有电场测量手段进行综述,对其存在干扰放电或适用场合受限等局限性进行讨论。基于场致二次谐波产生原理,搭建非介入激光测量系统,利用纳秒脉冲激光实现了脉冲瞬态电场的测量。首先,通过平行板电极结构产生均匀电场,对系统进行标定,获得二次谐波信号幅值正比于电场强度平方的定量关系。接着,基于标定结果,定量获得刀板电极结构中非均匀电场的时间演化和空间分布。最后,比较实验测量与Comsol仿真结果,验证了场致激光二次谐波产生方法的适用性与准确性。该方法可应用于不同电压形式激励的气体放电中瞬态电场的定量测量。

中心对称萘酞菁分子二次谐波产生的实验研究

研究了三种萘酞菁化合物LB膜的制备 ,并通过二次谐波产生的方法研究了单个对称取代的萘酞菁化合物及双 (四叔丁基萘酞菁 )铒的二阶非线性光学特性 ,并对它们的产生机理进行了简单的讨论 单个对称取代的萘酞菁化合物 ,它们的二次谐波产生机制为磁偶极子耦合机制 ,双(四叔丁基萘酞菁 )铒的二阶非线性光学特性起源于电四极子模型 ,且它的二阶非线性极化率 χ( 2 )(或超极化率 β)

偶氮聚合物薄膜的吸收谱和二次谐波产生的温度特性

研究了一种偶氮聚合物薄膜的光谱和二阶非线性光学特性.研究结果表明,聚合体中的偶氮发色团以反式异构体形式存在.加热可使分子之间的相互作用减弱,聚集体的聚集程度降低;温度低于70℃时聚集体的结构不会发生变化,分子间相互作用的改变能够完全恢复;高于70℃降温后聚集体聚集程度的降低不能完全恢复.在一定温度下极化可使发色团偶极子定向有序排列,形成J-聚集体.偶氮聚合物薄膜的二阶非线性光学特性起源于偶极子模型,极化温度是影响极化膜二次谐波强度的重要因素之一,该偶氮聚合物薄膜的最佳极化温度约为90℃.

中心对称双酞菁铥LB膜二次谐波产生特性

利用二次谐波产生(SHG)方法研究了中心对称分子稀土夹心双酞菁铥(TmPc2)Langmuir-Blodgett(LB)膜二阶非线性光学特性,测量了二次谐波强度随入射基频光入射角的关系,并对其二阶非线性产生机制进行了讨论.实验结果表明,TmPc2分子LB膜具有较好的二次谐波信号,二次谐波信号强度的最大值在基频光入射角为45°的地方,其二阶非线性极化率χ(2)和分子超极化率β分别为1.152×10-8和1.905×10-30esu.通过测量样品二次谐波信号的偏振特性,并与理论分析相比较,得出其二阶非线性起源于电四极子作用机制.

4-羧基-4′-氨基偶氮苯LB膜的光谱及其二次谐波产生特性研究

采用紫外可见吸收谱和二次谐波产生的方法研究了一种新型偶氮化合物分子的LB膜及非线性光学特性。4-羧基-4′-氨基偶氮苯分子在水表面可以形成稳定的单分子膜并且可以较好的转移到固体基板上形成LB多层膜。测量了LB膜二次谐波产生随入射基频光入射角的变化关系,二次谐波信号强度最大值在入射角约为60°的地方,LB膜具有非常大的二次谐波信号强度,其分子超极化率约为β=1.17×10-29esu。

利用二次谐波产生研究Al_2O_3／Al(111)表面的动力学变化(英文)

主要介绍了当激光入射到单晶金属Al2O3／Al(111)表面时将发生二次谐波产生(SHG)现象的实验装置和实验方法,利用该装置可以研究SHG和从Al2O3／Al(111)表面反射的SHG在空间各向异性的变化情况,从而可以探测Al2O3／Al(111)表面结构对称性。实验中发现,当脉冲激光功率在2×106 W／cm2-9．6×106W／cm2范围内变化时,没有检测到SHG信号的各向异性变化;当使用P-极化泵浦激光时,发现Al2O3／Al(111)样品绕法线旋转360度时,P-极化的SHG信号在空间三个方向上呈现最大值相等;当使用脉冲强度为12×100 W／cm2的1064 nm P-极化泵浦激光时, Al2O3／Al(111)表面被损坏,损坏后的表面其SHG信号并不呈现对称的各向异性变化,当使用脉冲强度为11×106W／cm2的1064 nm P-极化泵浦激光时产生表面退火现象,从退火表面所产生的反射532 nm P-极化SHG信号中发现,SHG信号呈现衰减的各向异性成分。

极化子效应对Morse势阱中三次谐波产生的影响

分析了极化子效应对Morse势阱中三次谐波产生的影响,并以典型的GaAs/AlGaAs Morse势阱为例进行数值计算。结果表明,在考虑极化子效应时,获得的三次谐波系数是仅考虑电子情况的6倍左右,说明要得到比较精确的结果,有必要考虑电声相互作用的影响。

Morse势阱中三次谐波产生的研究

利用量子力学中的密度矩阵算符理论,推导在具有多频率的复光场作用下线性和非线性极化率的一般表达式,然后利用图形技术,即利用费曼(Feynman)图方法来考虑三阶非线性过程,得到三次谐波系数的解析表达式.并以典型的GaAs/AlGaAsMorse势阱为例引入参数进行数值计算.结果表明,在该系统中得到了比体材料大的三次谐波系数,并适当增大势阱参数a可以获得较大的三次谐波系数;三次谐波系数随着弛豫常数Γ减小而增大.

电能质量 讲座 第四讲 谐波的产生和危害

电力系统谐波是影响电力系统安全经济运行的重要因素之一。从电力系统中谐波的定义与性质、谐波的产生以及谐波对电网与电力器件造成的危害等方面对电力系统中的谐波进行了阐述。着重介绍了电力系统中谐波产生的原因以及对低压设备造成的危害,为实际工作中抑制谐波提供了参考。

二次谐波产生过程中准相位匹配条件的研究

从耦合波基本方程出发,在实空间严格推导出二次谐波产生(SHG)过程中的准相位匹配(QPM)条件.讨论了满足QPM条件时,SHG的转换效率以及相位失配角随波传播距离的变化.着重研究了非线性极化率的周期性调制对提高SHG转换效率的贡献.

不均匀场中氢分子离子高次谐波产生的理论研究

在非Born-Oppenheimer近似下,通过求解含时薛定谔方程的方法,对氢分子离子在不均匀场中高次谐波的产生进行了理论研究.计算结果显示,同均匀场相比,电离的电子在不均匀场中加速会获得更多的能量,从而更有利于得到宽频谱.此外,通过优化不均匀场中的空间不均匀度,长量子路径被明显的抑制,最终通过叠加110阶到150阶谐波,获得一个60as的孤立阿秒脉冲.同时,通过库仑势和激光场的相互作用势以及时频分布图解释了其中的物理机制.

周期极化的LiNbO_3中二次谐波的产生与偏振控制

在同一块LiNbO3晶体中,实现二次谐波的产生(SHG)及偏振控制.具体设计方法是,将一块z切的LiNbO3极化成周期不同的两个部分,在第一部分利用非线性光学效应产生二次谐波;在第二部分利用电光效应对二次谐波进行偏振控制.

温度对偶氮苯LB膜吸收光谱和二次谐波产生的影响

采用紫外-可见吸收谱和二次谐波产生技术研究了温度对4-硝基-4′-氨基偶氮苯(NAA)分子Langmuir-Blodgett(LB)单层和多层膜的光谱和二阶非线性光学特性的影响。单层LB膜的二次谐波强度在室温至80℃的温度范围内随温度的增加基本成单调下降关系,温度高于80℃后基本没有二次谐波信号。多层LB膜的二次谐波强度随温度的变化分为几个不同的温度阶段。吸收谱表明单层LB膜分子的有序排列受热后不易恢复,超过80℃后则不能恢复;多层LB膜的则较容易恢复,温度达到80℃后仍能恢复,超过100℃后则不能恢复。由于NAA的多层LB膜存在层间分子的相互作用,其结构的稳定性比单层膜要强。

铁电晶体铌酸钾锂的二次谐波产生

铁电晶体铌酸钾锂 (K3 Li2 -xNb5 +xO15 +2x,0 <x <0 .5 ;KLN)是一种能在最佳相位匹配条件下直接对半导体近红外激光倍频获得蓝绿光输出的非线性光学晶体。我们曾用中频加热引上法和电阻加热引上法生长了KLN晶体 ,研究了晶体中组分离子浓度沿生长方向的变化情况和晶体的光学均匀性 ,结果表明在电阻加热炉中用我们的生长技术生长得到的KLN晶体中组分离子浓度波动小 ,不会对晶体的折射率和倍频性能产生明显影响 ,有良好的光学均匀性。本文研究了KLN晶体在倍频波段的透过光谱和晶体的二次谐波发生 (SHG)特性。我们测定了厚度为 3.7mm的KLN样品在 36 0～ 1 2 0 0nm波段的透过光谱。表明该样品有良好的透过性能 ,其透过率最大为 74% ,没有吸收峰。将测量过透过光谱的样品极化后 ,在室温下对钛宝石近红外激光进行了初步的倍频实验。在 890nm～ 96 0nm波段范围内的基波入射功率和倍频的结果如表 1所示。由表 1可知 :该KLN晶体有良好的倍频性能 ,其倍频效率在目前国际用KLN晶体对钛宝石近红外激光进行腔外倍频实验中是最高的。Table 1 ResultsofdoublingtheTi:sapphirelaserwithdifferentincidentwavelengthandpowerusingKLNcrystalIncidentwavelength(nm) IncidentpowerPω(mW)SHGpowerP2ω(mW)

电力系统中谐波的产生、危害及抑制

对电力系统中变压器、整流设备等谐波的产生及其危害作了较全面的分析,对其抑制提出了具体可行的办法.同时给出了应用实例,应用结果表明,三的倍数次谐波得到了有效抑制,这对电力系统及用电单位有一定的参考价值.