電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)與分析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)與分析系 別： 信息工程 專業(yè)名稱： 電子科學(xué)與技術(shù) 班級(jí)學(xué)號(hào)： 108203135 學(xué)生姓名： 周天鵬 指導(dǎo)教師： 肖慧榮 二O一四 年 五 月電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)與分析學(xué)生姓名：周天鵬 班級(jí)：1082031指導(dǎo)教師：肖慧榮摘要: 近年來(lái)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，電力電子器件的應(yīng)用日益廣泛，隨之帶來(lái)的諧波污染也越來(lái)越嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重的影響到了電能質(zhì)量，而且對(duì)各種用電設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)了消極影響。諧波檢測(cè)是諧波問題研究的主要方面，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)電網(wǎng)中的諧波含量，確切掌握電網(wǎng)中諧波的實(shí)際狀況對(duì)于防止諧波的危害保障電網(wǎng)安全運(yùn)行是十分必要的。本文首先闡述了電力系

2、統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因、諧波危害等以及電力系統(tǒng)各種諧波分析與檢測(cè)方法。簡(jiǎn)單對(duì)傅立葉變換的諧波檢測(cè)法、瞬時(shí)無(wú)功功率理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等檢測(cè)方法進(jìn)行比較，為進(jìn)一步的基于瞬時(shí)無(wú)功功率諧波分析與檢測(cè)法研究做鋪墊與參照作用。本文研究重點(diǎn)是根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論，比較了兩種諧波電流的檢測(cè)方法p-q法和ip-iq法。本文主要運(yùn)用ip-iq算法，其方法不僅在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)適用，在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱時(shí)也同樣有效，將原始電流信號(hào)進(jìn)行按不同頻帶分離，進(jìn)而完成基波與諧波的分離達(dá)到對(duì)電網(wǎng)中的諧波電流進(jìn)行檢測(cè)的功能。本文還運(yùn)用了PROTEL對(duì)基于ip-iq算法的諧波電流檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了硬件電路原理圖設(shè)計(jì)。文章最后基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論

3、的ip-iq算法，并借助MATLAB進(jìn)行了仿真，最后給出仿真結(jié)果，驗(yàn)證了該方法的可行性和結(jié)論的正確性。 關(guān)鍵字： 電力系統(tǒng) 諧波 瞬時(shí)無(wú)功功率理論 PROTEL MATLAB仿真指導(dǎo)老師簽名： Detection and analysis of power system harmonicsStudent name: Tianpeng-zhou Class: 1082031 Supervisor: Huirong-xiaoAbstract: In recent years, with the rapid development of modern industry, the applicatio

4、n of power electronic devices become increasingly widespread, harmonic pollution and brought more and more serious, have a serious impact on the power quality, but also for a variety of electrical equipment properly run a negative impact. Harmonic detection is a major aspect of the study harmonic pr

5、oblems, real-time and accurate detection of power harmonic content, the exact grasp the actual situation of the grid harmonic harmonic safeguards to prevent harm to the safe operation of the power grid is essential. This paper first describes the causes of power system harmonics , harmonic hazards a

6、s well as a variety of power system harmonic analysis and detection methods. Fourier transform simple harmonic detection method , instantaneous reactive power theory detection methods , neural networks were compared with reference to pave the way for further action instantaneous reactive power harmo

7、nic analysis and detection method based on . This paper focuses on instantaneous reactive power theory based on comparison of two harmonic current detection methods pq method and ip-iq method. In this paper, using ip-iq algorithm, the method is not only applicable when the grid voltage distortion at

8、 the grid voltage asymmetry are equally effective , the original current signal separation in different frequency bands , and then complete the separation of the fundamental and harmonic reached on the grid harmonic current detection function . The article also used the PROTEL to achieve harmonic cu

9、rrent detection method based on ip-iq algorithm are hardware circuit schematic design . Finally, based on instantaneous reactive power theory ip-iq algorithm , and with the MATLAB simulation, the simulation results are given to verify the feasibility of the method and the correctness of the conclusi

10、ons .Key words: Power Systems harmonics instantaneous reactive power theory PROTEL MATLAB simulationSignature of Supervisor:目 錄1緒論1.1諧波檢測(cè)的研究背景及意義.11.2國(guó)內(nèi)外電力諧波研究現(xiàn)狀及發(fā)展.21.3諧波抑制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀.41.4本文的主要工作.52電力諧波理論介紹2.1電力諧波的基本概念.62.1.1諧波的表示方法62.1.2諧波的特征量72.2電力諧波產(chǎn)生的原因.82.2.1發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波82.2.2用電設(shè)備產(chǎn)生諧波82.3電力諧波的危害.93

11、電力諧波電流的檢測(cè)與分析方法3.1諧波檢測(cè)算法及方案確定123.2基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)與分析方法143.2.1傳統(tǒng)的功率理論153.2.2三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論153.2.3諧波電流的檢測(cè)方法163.3基于算法的諧波電流檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn).173.3.1系統(tǒng)硬件電路框圖183.3.2具體模塊電路圖194仿真 4.1 MATLAB簡(jiǎn)介254.2仿真模型的建立及仿真結(jié)果.264.2.1 ip-iq檢測(cè)法仿真274.2.2 a相仿真電流波形圖275結(jié)論28參考文獻(xiàn)29致 謝30南昌航空大學(xué)科技學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文321緒論1.1諧波檢測(cè)的研究背景及意義電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20、3

12、0年代就引起了人們的注意，當(dāng)時(shí)在德國(guó)，使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.ReaD發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大量論文，E.W.Kmbark在其著作中對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。70年代以來(lái)，由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危益嚴(yán)重。諧波的研究具有重要意義，首先是諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀

13、。其次，諧波研究的意義還可以上升到治理環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境的角度來(lái)認(rèn)識(shí)。對(duì)電力系統(tǒng)這個(gè)環(huán)境來(lái)說(shuō)，無(wú)諧波是“綠色”的主要標(biāo)志之一。在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，要求實(shí)施“綠色電力電子”的呼聲也日益高漲。目前，對(duì)地球環(huán)境的保護(hù)己成為全人類的共識(shí)。對(duì)電力系統(tǒng)諧波污染的抑制也已成為電工科學(xué)技術(shù)界所必須解決的問題。由于電力電子裝置日益廣泛地應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重。同時(shí)也由于大多數(shù)電力電子裝置功率因數(shù)很低，也給電網(wǎng)帶來(lái)了額外負(fù)擔(dān)。最后，電力系統(tǒng)三相不對(duì)稱負(fù)載產(chǎn)生的負(fù)序電流也對(duì)電力系統(tǒng)和用戶造成一系列危害，對(duì)供電質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。伴隨著信息時(shí)代對(duì)電能質(zhì)量越來(lái)越高的要求，電力系統(tǒng)諧波電流檢測(cè)與補(bǔ)償已成為電力

14、系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重大課題，受到越來(lái)越多的關(guān)注，很多國(guó)家都對(duì)此給予了足夠的重視。在電力系統(tǒng)中，由于非線性負(fù)荷的作用，使得電壓和電流的波形產(chǎn)生畸變，電網(wǎng)中出現(xiàn)了大量的高次諧波，使得電能質(zhì)量下降。隨著各類的非線性負(fù)荷的大量使用，電力系統(tǒng)諧波問題變的越來(lái)越嚴(yán)重，已經(jīng)威脅到了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)與分析能夠采用傅利葉變換和快速傅利葉變換的基本理論以及與數(shù)字信號(hào)采樣密切相關(guān)的均勻抽樣定理、頻譜混疊現(xiàn)象、窗函數(shù)和頻譜泄漏等的基本理論來(lái)分析調(diào)查供電系統(tǒng)的電力諧波污染現(xiàn)狀，找出電力系統(tǒng)產(chǎn)生電力諧波的主要原因，電力系統(tǒng)中存在的電力諧波可能給電力系統(tǒng)設(shè)備、其它用電設(shè)備以及其周圍的通訊系統(tǒng)可能帶

15、來(lái)的危害，并對(duì)此提出相應(yīng)的電力諧波檢測(cè)方法與治理方案。因此，進(jìn)行電力系統(tǒng)的諧波檢測(cè)與分析有著非常大的必要性和意義。 1.2國(guó)內(nèi)外電力諧波研究現(xiàn)狀及發(fā)展電力系統(tǒng)的諧波由于受非線性、非平穩(wěn)性、隨機(jī)性和復(fù)雜性等因素影響，對(duì)諧波進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量并非易事。電力系統(tǒng)的諧波問題近幾十年來(lái)在世界范圍內(nèi)得到了十分廣泛的關(guān)注，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)、國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(ClGRE)、國(guó)際供電會(huì)議(ClRED)及美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)等國(guó)際性學(xué)術(shù)組織，都相繼成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，并已制定了限制電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 盡管近十幾年來(lái)，對(duì)電力系統(tǒng)諧波問題的研究取得了很大進(jìn)展。在學(xué)術(shù)上還有許多問題需

16、要人們?nèi)パ芯拷鉀Q、在解決這些問題的同時(shí)，才能真正談其制定合適的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)來(lái)限制和管理電力系統(tǒng)的諧波，并對(duì)其進(jìn)行有效的抑制，這些問題可歸納為：如何從器件(如：變壓器和其它電磁路件、換流器、特別是各種電力電子器件等)的角度出發(fā)去分析和理解諧波產(chǎn)生的原因：如何利用先進(jìn)的信號(hào)分析設(shè)備、數(shù)字儀器、智能儀表等對(duì)諧波的幅值和相位進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量；如何利用網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)諧波分布進(jìn)行分析，如何建立模型和進(jìn)行數(shù)字仿真；如何從諧波角度去衡量電能的質(zhì)量。通過對(duì)這幾方面問題的研究，將會(huì)導(dǎo)致新技術(shù)乃至新的邊緣分支學(xué)科地誕生。我國(guó)自1982年以來(lái)對(duì)諧波測(cè)量的研究從未間斷，測(cè)量方案從運(yùn)用傅氏變換到快速傅立葉變換算法，從模擬式發(fā)

17、展到電子式、數(shù)字式、智能化，其中運(yùn)用快速傅立葉變換算法最為突出。2002年，我國(guó)首次電能質(zhì)量技術(shù)發(fā)展國(guó)際研討會(huì)在上海浦東新區(qū)寶鋼大廈召開，大會(huì)探討了我國(guó)電能質(zhì)量管理政策、電能質(zhì)量測(cè)試與分析、電能質(zhì)量控制技術(shù)、諧波對(duì)公用電網(wǎng)的危害及治理等問題，為促進(jìn)、加強(qiáng)我國(guó)依法治理公用電網(wǎng)污染源提出了良好的建議。正是由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置的日益廣泛應(yīng)用，諧波污染的日趨嚴(yán)重，諧波問題已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。1982年，國(guó)際電工委員會(huì)第一次制定了通用電器設(shè)備產(chǎn)生諧波的限制標(biāo)準(zhǔn) IEC-55，并且在以后的執(zhí)行過程中不斷地進(jìn)行了修訂和完善，是一部最早的最具權(quán)威的諧波限制標(biāo)準(zhǔn)，在歐美等發(fā)達(dá)

18、國(guó)家已被強(qiáng)制執(zhí)行MI。1 993年，美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)在以上標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，制定了IEEE-519諧波限制標(biāo)準(zhǔn) 。另外，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議、國(guó)際供電會(huì)議等國(guó)際性學(xué)術(shù)組織，也相繼成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，并已制定出了限制電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際國(guó)內(nèi)召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會(huì)議，探討和交流諧波治理的方法和經(jīng)驗(yàn)。奧地利George JWakileh 2001年出版的(Power Systems Harmonics是國(guó)外諧波治理的代表作。我國(guó)也將諧波的管理、監(jiān)測(cè)和治理等擺到了十分重要的位置，也先后于1984年和1993年分別制定了限制電力諧波的規(guī)定和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 。吳競(jìng)昌等人

19、1988年出版的電力系統(tǒng)諧波，夏道止等人1994年出版的高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波，王兆安等人1998年出版的諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償是我國(guó)近年來(lái)在諧波治理方面發(fā)表的具有較大影響的著作。新的諧波檢測(cè)方法層出不窮，如Akagi H等學(xué)者提出的基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流檢測(cè)方法，該方法具有較好的實(shí)時(shí)性，而且既能治理諧波又能補(bǔ)償無(wú)功功率；又如基于傅立葉變換的諧波檢測(cè)方法，該方法具有檢測(cè)精度較高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、功能多和使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在頻譜分析和諧波檢測(cè)兩個(gè)方面均得到了比較廣泛的應(yīng)用。針對(duì)現(xiàn)有的各種諧波電流檢測(cè)方法都存在延時(shí)問題，近年來(lái)提出了一些新型諧波電流預(yù)測(cè)方法，如基于加權(quán)一階局域理論

20、的諧波電流預(yù)測(cè)方法，該方法在t時(shí)刻預(yù)測(cè)出t+2時(shí)刻的諧波電流與其理想值的偏差值，通過選擇t+1時(shí)刻的控制策略，利用加權(quán)最小二乘法使得在t+2時(shí)刻該偏差值為最小，從而實(shí)現(xiàn)了2步預(yù)測(cè)的無(wú)差拍控制。將中心點(diǎn)的空間距離作為一個(gè)擬合參數(shù)引入預(yù)測(cè)過程，提高了預(yù)測(cè)精度和消噪能力，它具有原理簡(jiǎn)單和實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。這些成果的取得無(wú)疑促進(jìn)了有源電力濾波技術(shù)的發(fā)展，特別是進(jìn)入80年代以后，由于新型電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的出現(xiàn)，PWM控制技術(shù)的發(fā)展，以及新型諧波電流檢測(cè)方法的提出，有源電力濾波技術(shù)(Active Power Filter簡(jiǎn)稱APF)得以迅速發(fā)展。國(guó)外有源電力濾波器的研究以日本為代表，1982年第一臺(tái)實(shí)用的

21、有源電力濾波器裝置投入實(shí)際運(yùn)行，現(xiàn)已步入實(shí)用化階段。盡管如此，由于APF初期投入大，補(bǔ)償容量難以做大等原因，使得APF未能普及應(yīng)用。因此， 目前在理論和應(yīng)用兩方面都存在許多問題，需要進(jìn)一步研究和解決。近10多年來(lái)，對(duì)電力諧波問題的研究已經(jīng)大大超過了電力系統(tǒng)自身的研究范圍，滲透到電工理論、非線性系統(tǒng)理論、數(shù)字信號(hào)處理、電力電子等學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)電力諧波的研究已取得了前所未有的進(jìn)展，并有了許多重要發(fā)展。諧波問題逐漸被認(rèn)識(shí)和了解，對(duì)其產(chǎn)生的原因，計(jì)算方法的分析，危害與影響的機(jī)理，測(cè)量與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的制定，以及研究綜合治理措施等方面的探索也在不斷深入。但由于諧波問題復(fù)雜，涉及領(lǐng)域?qū)挘壳叭杂写罅繂栴}需要解決。

22、諧波研究工作概括起來(lái)可以劃分為4個(gè)方面：1)諧波功率理論研究；2)諧波及其危害和影響的分析，制定限制諧波的標(biāo)準(zhǔn)；3)諧波有關(guān)的檢測(cè)問題；4)諧波的補(bǔ)償和抑制。1.3諧波抑制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀為了解決電力電子裝置和其它諧波源的諧波污染問題，基本思路有兩條：一條是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波【12】，這對(duì)各種諧波源都是適用的；另一條是對(duì)電力電子裝置進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1，這當(dāng)然只適用于作為主要諧波電力電子裝置。裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)方法就是采用調(diào)諧濾波器。這種方法既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無(wú)功功率，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一直被廣泛使用。這種方法的主要缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，

23、容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不甚理想。盡管如此， 濾波器當(dāng)前仍是補(bǔ)償諧波的最主要手段。目前，諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用有源電力濾波器 (ActivePowerFilter-APF)。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。其基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛的重視，并且已在日本等國(guó)獲得廣泛應(yīng)用。有源電力濾波器的基本思想在六七十年代就已經(jīng)形成。

24、80年代以來(lái)，由于大中功率全控型半導(dǎo)體器件的成熟，脈沖寬度調(diào)制控制技術(shù) ()的進(jìn)步，以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測(cè)方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。對(duì)于作為主要諧波源的電力電子裝置來(lái)說(shuō)，除了采用補(bǔ)償裝置對(duì)其諧波進(jìn)行補(bǔ)償外，還有一條抑制諧波的途徑，就是開發(fā)新型變流器，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)為1，這種變流器被稱為單位功率因數(shù)變流器。高功率因數(shù)變流器可近似看成為單位功率因數(shù)變流器。大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù)，即將多個(gè)方波疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。重?cái)?shù)越多，波形越接近正弦波，當(dāng)然電路結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。多重化技術(shù)如果能與技術(shù)相配合，可

25、取得更為理想的結(jié)果。幾千瓦到幾百千瓦的高功率因數(shù)整流器主要采用PWM整流技術(shù)。迄今為止，對(duì)PWM逆變器的研究已經(jīng)很充分，但對(duì)整流器的研究則較少。對(duì)于電流型PWM整流器，可以直接對(duì)各開關(guān)器件進(jìn)行正弦控制，使得輸入電流接近正弦波且和電源電壓同相位。這樣，輸入電流中就只含與開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波，這些諧波頻率很高，因而容易滋除。同時(shí)，也得到接近l的功率因數(shù)。對(duì)于電壓型整流器，需要通過電抗器與電源相連。其控制方法有直接電流控制和間接電流控制兩種。直接電流控制就是設(shè)法得到與電源電壓同相位、由負(fù)載電流大小決定其幅值的電流指令信號(hào)，并據(jù)此信號(hào)對(duì)整流器進(jìn)行電流跟蹤控制，間接電流控制就是控制整流器的入端電壓，使

26、其為接近正弦波的波形，并和電源電壓保持合適的相位，從而使流過電抗器的輸入電流波形為與電源電壓同相位的正弦波。整流器配合變流器可構(gòu)成理想的四象限交流調(diào)速用變流器，即雙變流器這種變流器，不但輸出電壓、電流均為正弦波，輸入電流也為正弦波，且功率因數(shù)為1，還可實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳送，代表了這一技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向。小容量整流器，為了實(shí)現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù)，通常采用二極管加斬波的方式。這種電路通常稱為功率因數(shù)校正電路，己在開關(guān)電源中獲得了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)檗k公和家用電器中使用的開關(guān)電源數(shù)極其龐大，因此這種方式必將對(duì)諧波污染的抑制做出巨大貢獻(xiàn)。1.4本文的主要工作1) 了解中低壓配電網(wǎng)諧波電流的特點(diǎn)；2) 研究諧

27、波電流檢測(cè)算法；3) 對(duì)諧波電流檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行Matlab仿真；4) 對(duì)諧波電流檢測(cè)電路進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)；5) 對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。2電力諧波理論介紹“諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)己經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20、30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C、Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大盆論文。70年代

28、以來(lái)，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國(guó)都對(duì)諧波問題予以充分的關(guān)注.國(guó)際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少國(guó)家和國(guó)際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。2.1電力諧波的基本概念國(guó)際公認(rèn)的諧波定義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。電力系統(tǒng)諧波的定義是對(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波.諧波頻率與基波頻率的比值（）稱為諧波次數(shù).電網(wǎng)中有時(shí)也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實(shí)際上是一種干擾盆，使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究

29、諧波的發(fā)生、傳輸、測(cè)量、危害及抑制。2.1.1諧波的表示方法諧波可以根據(jù)周期性波形，用傅立葉級(jí)數(shù)分解得到。習(xí)慣上，認(rèn)為電網(wǎng)穩(wěn)的供電電壓波形為工頻正弦波形其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （2.1.1）式中一 電壓有效值；一 初相角；一 頻率； T一 周期。正弦電壓施加在線性無(wú)源元件如電阻、電感和電容上，其電壓和電流分別為比例 ()、微分()和積分()關(guān)系，仍為同頻率的正弦波。但當(dāng)正弦電壓施加在非線性電路上時(shí)，電流就變?yōu)榉钦也?。?duì)于滿足狄里赫利條件非正弦電壓可分解為如下的傅立葉級(jí)數(shù)： （2.1.2）其中 或 (2.1.3)式中、和、的關(guān)系為在式（2.1.2）或式(2.1.3)的傅立葉級(jí)數(shù)中，頻率為的分量稱為基

30、波，頻率為的整數(shù)倍基波頻率的分量稱為諧波，諧波次數(shù)為諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比。以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對(duì)于非正弦電流的情況也完全適用，把式中轉(zhuǎn)成即可。2.1.2諧波的特征量為了表示畸變波形偏離正弦波形的程度，最常用的特征量有諧波含量、諧波總畸變率和第次諧波的含有率。1 諧波含量所謂諧波含量，就是各次諧波的平方和開方。諧波電壓、電流的諧波含量為： (2.1.4) (2.1.5)2 諧波總畸變率諧波總畸變率可分為電壓總畸變率和電流總畸變率，可分別定義為： （2.1.6） （2.1.7）式中：基波電壓有效值，一基波電流有效值。3 第次諧波的含有率第次諧波電壓含有率以表示。 （2.1.8）

31、式中 第次諧波電壓有效值(方均根值)；第次諧波電流含有率以表示。 （2.1.9）式中 第次諧波電壓有效值(方均根值) 公用電網(wǎng)的電壓總畸變率應(yīng)該被限制在之內(nèi)。當(dāng)電力系統(tǒng)中存在具有非線性的用電設(shè)備時(shí)，即使給這些設(shè)備供給理想的正弦波電壓，它取用的電流也是非正弦的，即有諧波電流存在.含半導(dǎo)體非線性元件的諧波源是電力系統(tǒng)的主要諧波源，如各種硅整流裝置、晶閘管等，它們遍布于電力系統(tǒng)中，按一定的規(guī)律開閉不同的電路，將諧波電流注入系統(tǒng)。另外還有其他會(huì)產(chǎn)生諧波的設(shè)備，主要是含有鐵磁非線性元件的設(shè)備，如旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器等。2.2電力諧波產(chǎn)生的原因在理想的情況下，優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)應(yīng)該提供具有正弦波形的電壓。但在實(shí)際

32、中供電電壓的波形會(huì)由于某些原因而偏離正弦波形，即產(chǎn)生諧波。我們所說(shuō)的供電系統(tǒng)中的諧波是指一些頻率為基波頻率(在我國(guó)取工業(yè)用電頻率為基波頻率)整數(shù)倍的正弦波分量，又稱為高次諧波。在供電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于給具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備(又稱為非線性負(fù)荷)供電的結(jié)果。這些非線性負(fù)荷在工作時(shí)向電源反饋高次諧波，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，使電能質(zhì)量變壞。因此，諧波含量是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在電力系統(tǒng)中的發(fā)電，輸電、轉(zhuǎn)換和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生諧波。2.2.1發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱，鐵心也很難做到絕對(duì)均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少會(huì)

33、產(chǎn)生一些諧波，但一般來(lái)說(shuō)很少。2.2.2用電設(shè)備產(chǎn)生諧波(1) 晶閘管整流設(shè)備由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近，這是最大的諧波源。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波也越來(lái)越多。(2) 電弧爐、電石爐由于加

34、熱原料時(shí)電爐的三相電極很難同時(shí)接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，從而引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2、7次的諧波，平均可達(dá)基波的、，最大可達(dá)。(3) 氣體放電類電光源熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測(cè)量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會(huì)給電網(wǎng)造成奇次諧波電流.(4) 家用電器電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會(huì)產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但

35、數(shù)量巨大，也是諧波的主要來(lái)源之一。2.3電力諧波的危害諧波對(duì)供電系統(tǒng)和用電設(shè)備危害【24】主要表現(xiàn)有以下幾方面：(1) 增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻電流流過導(dǎo)體時(shí)，因集膚效應(yīng)(當(dāng)交變電流流過導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線周圍變化的磁場(chǎng)也要在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使沿導(dǎo)線截面的電流分布不均勻。尤其當(dāng)頻率較高時(shí)，此電流幾乎是在導(dǎo)線表面附近的一薄層中流動(dòng)，這就是所謂的“集膚效應(yīng)”)的作用，使導(dǎo)體對(duì)諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗，使導(dǎo)體的發(fā)熱嚴(yán)重。具體設(shè)施：旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、輸電線路、電力電容器。(2) 對(duì)測(cè)量表計(jì)的影響 對(duì)電壓表的影響研究各

36、種電表在畸變電壓波形下的反應(yīng)，一般從頻率特性著手，即觀察各種電表在同一有效值但頻率不同的正弦波形下的指示變化?；儾ㄐ蜗码妷罕淼恼`差與電壓表的頻率特性之間存在關(guān)系。 對(duì)電流表的影響電流表的頻率特性要比同系電壓表的頻率特性好得多。由于電流表所加的是電流源，因此電流表的內(nèi)電感不影響通過電表的電流，所以電流表指示基本上不隨頻率而改變。 對(duì)功率表的影響測(cè)量有功功率大都采用電動(dòng)系或鐵磁電動(dòng)系功率表，它們有較好的頻率特性，作為監(jiān)測(cè)使用，一般能滿足要求。至于無(wú)功功率的測(cè)量，對(duì)于不對(duì)稱的三相電路，即使波形是正弦的，三相無(wú)功功率表的讀數(shù)己毫無(wú)意義；如果波形畸變，不但三相無(wú)功功率的讀數(shù)無(wú)意義，單相無(wú)功功率表的讀數(shù)

37、也不代表任何內(nèi)容。 對(duì)電度表的影響只有相同頻率的電壓和電流才能構(gòu)成功率。當(dāng)輸入的電壓和電流只有一方含有諧波時(shí)，雖然在電路中該次諧波的真實(shí)功率是零，單在電度表內(nèi)，它和輸人的純正弦工頻電量因畸變而引起的同頻率諧波分量相互作用，仍形成虛假的諧波功率，使電能測(cè)量出現(xiàn)隨機(jī)的或正或負(fù)的誤差。這種誤差雖有可能部分相互抵消，但仍可能存在，致使電能計(jì)量失準(zhǔn)。(3) 影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作及其可靠性對(duì)電力系統(tǒng)中以負(fù)序(基波)量為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響十分嚴(yán)重，這是由于這些按負(fù)序(基波)量整定的保護(hù)裝置，整定值小、靈敏度高.如果在負(fù)序基礎(chǔ)上再疊加上諧波的干擾(如電氣化鐵道、電弧爐等諧波源還是負(fù)序源)則

38、會(huì)引起發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)誤動(dòng)(若誤動(dòng)引起跳閘，則后果嚴(yán)重)、變電站主變的復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)裝置負(fù)序電壓元件誤動(dòng)，母線差動(dòng)保護(hù)的負(fù)序電壓閉鎖元件誤動(dòng)以及線路各種型號(hào)的距離保護(hù)、高頻保護(hù)、故障錄波器、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置等發(fā)生誤動(dòng)作，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。(4) 干擾通信系統(tǒng)的工作電力線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場(chǎng)禍合，在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度.，而且在諧波和基波的共同作用下，觸發(fā)電話鈴響，甚至在極端情況下，還會(huì)威脅通信設(shè)備和人員的安全。另外高壓直流()換流站換相過程中產(chǎn)生的電磁噪聲 ()會(huì)干擾電力載波

39、通信的正常工作，并使利用載波工作的閉鎖和繼電保護(hù)裝置動(dòng)作失誤，影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全。(5) 影響家用電器設(shè)備的使用和壽命低壓電網(wǎng)上的諧波畸變電壓與電視圖形之間有一明顯的相互關(guān)系，會(huì)對(duì)電視機(jī)的圖形效果產(chǎn)生影響.數(shù)字電路所用邏輯組件都有各自的閥電平和與之相對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)容限，如果諧波的干擾超過其容限，就可能會(huì)破壞觸發(fā)器和存儲(chǔ)器所保存的信息，排除干擾后，它仍會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)部的存儲(chǔ)器件里留下痕跡，系統(tǒng)也不會(huì)再恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)。即使含有微處理器的系統(tǒng)程序沒有遭到破壞，若地址總線受到干擾，也會(huì)有程序失控的危險(xiǎn)，使系統(tǒng)進(jìn)人預(yù)想不到的狀態(tài)，甚至陷人意外停機(jī)狀態(tài)。這就是個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)低質(zhì)全的主供電源十分敏感并要求供

40、電電源總的諧波電壓畸變的原因。3電力諧波電流的檢測(cè)與分析方法諧波檢測(cè)是諧波問題中的一個(gè)重要分支，也是研究分析諧波問題的出發(fā)點(diǎn)和主要依據(jù)。對(duì)抑制諧波有著重要的指導(dǎo)作用，是進(jìn)行繼電保護(hù)、判斷故障點(diǎn)和故障類型等工作的重要前提。準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)出電網(wǎng)瞬態(tài)變化的畸變電流、電壓，是眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力研究地目標(biāo)。諧波檢測(cè)方法按原理可分為：模擬濾波器；基于傅立葉變換的諧波檢測(cè)法；基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)法；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測(cè)法；基于小波分析的諧波檢測(cè)法；諧波檢測(cè)的主要作用有：鑒定實(shí)際電力系統(tǒng)及諧波源用戶的諧波水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，包括對(duì)所有諧波源用戶的設(shè)備投運(yùn)時(shí)的測(cè)量，以確保設(shè)備投運(yùn)后電力系統(tǒng)和設(shè)

41、備的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。3.1諧波檢測(cè)算法及方案確定目前國(guó)內(nèi)外諧波檢測(cè)與分析方法可分為：1) 采用模擬帶通(或帶阻)濾波器測(cè)量諧波最早的諧波測(cè)量是采用模擬濾波器實(shí)現(xiàn)。即采用濾波器將基波電流分量濾除，得到諧波分量，或采用帶通濾波器得出基波分量，再與被檢測(cè)電流相減得到諧波分量。該檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，輸出阻抗低，結(jié)果易于控制.該方法也有許多缺點(diǎn)，如濾波器的中心頻率對(duì)元件參數(shù)十分敏感，受外界環(huán)境影響較大，難以獲得理想的幅頻和相頻特性。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，不僅影響檢測(cè)精度，而且檢測(cè)出的諧波電流中含較多的基波分量，大大增加了有源補(bǔ)償器的容量和運(yùn)行損耗。2) 基于傅立葉變換的諧波檢測(cè)與分析隨著計(jì)算

42、機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，基于傅立葉變換的諧波檢測(cè)是當(dāng)今應(yīng)用最多也是最廣的一種方法。它由離散傅立葉變換過渡到快速傅立葉變換的基本原理構(gòu)成。模擬信號(hào)經(jīng)采樣，離散化為數(shù)字序列信號(hào)后，經(jīng)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行諧波分析和計(jì)算，得到基波和各次諧波的幅值和相位，并可獲得更多的信息，如諧波功率、諧波阻抗以及對(duì)諧波進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)和分析等，各種分析計(jì)算結(jié)果可在屏幕上顯示或按需要打印輸出。使用此方法測(cè)量諧波精度較高，功能較多，使用方便。其缺點(diǎn)是需要一定時(shí)間的電流值，且需進(jìn)行兩次變換，計(jì)算量大，需花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間，從而使得檢測(cè)方法具有較長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)，檢測(cè)結(jié)果實(shí)際是較長(zhǎng)時(shí)間前的諧波和無(wú)功電流，實(shí)時(shí)性不好。而且算法中存在頻譜泄漏效應(yīng)

43、和柵欄效應(yīng)，使計(jì)算出的信號(hào)頻率、幅值和相位不準(zhǔn)，尤其是相位誤差很大，無(wú)法滿足測(cè)量精度的要求，必須對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到要求值。3) 基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)與分析1989年，日本學(xué)者H.Akagi等人提出瞬時(shí)無(wú)功功率理論，根據(jù)此理論可以得到瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率，將其分解為交流和直流，其交流部分對(duì)應(yīng)于諧波電流，由此可以計(jì)算諧波分量。基法、法能夠準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)稱的三相三線制電路諧波值。它不僅在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)適用，在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱時(shí)也同樣有效；而在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)，使用此法測(cè)量諧波存在較大的誤差。由于此理論基于三相三線制電路，必須首先構(gòu)建三相電路才能進(jìn)行諧波測(cè)量。這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱且

44、無(wú)畸變時(shí)，各電流分量(基波正序無(wú)功分量、不對(duì)稱分量及高次諧波分量)的測(cè)量電路比較簡(jiǎn)單，并且延時(shí)少，雖說(shuō)被測(cè)量對(duì)象電流中諧波構(gòu)成和采用的濾波器不同，會(huì)有不同的延時(shí)，但延時(shí)最多不超過一個(gè)電源周期，對(duì)于電網(wǎng)中最典型的諧波源三相整流器，其檢測(cè)的延時(shí)約為1/6周期?？梢姡摲椒ň哂泻芎玫膶?shí)時(shí)性。但硬件多，花費(fèi)大。針對(duì)此方法的缺點(diǎn)，有學(xué)者提出一種能適用于任意非正弦、非對(duì)稱三相電路的基于坐標(biāo)系下廣義瞬時(shí)無(wú)功功率的新理論的測(cè)量方法。該方法較好地解決了前兩種方法中存在的問題，但在目前條件下，由于耗費(fèi)大，采用這種方法相比之下是得不償失的。4) 利用小波分析方法進(jìn)行諧波檢測(cè)與分析小波分析(wavelet Analy

45、sis)作為一種新興的理論是數(shù)學(xué)發(fā)展史上的重要成果，它無(wú)論是對(duì)數(shù)學(xué)還是對(duì)工程應(yīng)用都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，小波分析己經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、信號(hào)處理、語(yǔ)音識(shí)別與合成、自動(dòng)控制、圖象處理與分析等領(lǐng)域。作為一種時(shí)頻分析理論，小波分析被認(rèn)為是傅立葉分析發(fā)展的新階段，它來(lái)自于傅立葉分析，其存在性的證明依賴于傅立葉分析，因此它不能代替傅立葉分析，但它所具有的優(yōu)良特性(如方向選擇性、可變的時(shí)頻域分辨率及分析數(shù)據(jù)量小等)是其它分析方法(傅立葉分析、快速傅立葉變換)無(wú)法比擬的。這些良好的分析特性使得小波變換已成為信號(hào)處理的一種強(qiáng)有力的新工具。小波分析克服了傅立葉分析在頻域完全局部化而在時(shí)域完全無(wú)局部性的缺點(diǎn)，即它在頻域和

46、時(shí)域同時(shí)具有局部性。利用小波變換能將電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的高次諧波變換投影到不同的尺度上會(huì)明顯表現(xiàn)出高頻、奇異高次諧波的特性，特別是小波包具有將頻率空間進(jìn)一步細(xì)分的特性，將為諧波分析提供可靠依據(jù)。通過對(duì)含諧波的電流信號(hào)進(jìn)行正交小波分解，分析了電流信號(hào)的各個(gè)尺度的分解結(jié)，利用多分辨的概念，將低頻段(高尺度)上的結(jié)果看作不含諧波的基波分量，基于這種算法，可以利用軟件構(gòu)成諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)，該方法計(jì)算速度快，能快速跟蹤諧波的變化。若將小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)對(duì)諧波進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)和開發(fā)基于小波變換的諧波監(jiān)測(cè)儀將會(huì)是非常有意義的工作。5) 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測(cè)與分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是最近發(fā)展起來(lái)十分熱門的交叉邊緣

47、學(xué)科，它涉及了生物、電子、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)和物理等學(xué)科，有非常廣闊的應(yīng)用前景，它的發(fā)展對(duì)未來(lái)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將有重要的影響，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是采用物理可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)來(lái)模仿人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能系統(tǒng)，它之所以受到人們的普遍關(guān)注，是由于它具有本質(zhì)的非線性特性、并行處理能力、強(qiáng)魯棒性以及自組織自學(xué)習(xí)的能力。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于諧波測(cè)量，主要涉及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、樣本的確定和算法的選擇，目前已有一些研究成果。提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)諧波測(cè)量方法，該方法利用多層前饋網(wǎng)絡(luò)的函數(shù)逼近能力，通過構(gòu)造特殊的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立了相應(yīng)的諧波測(cè)量電路，并給出了電路的訓(xùn)練算法和步驟，提出了訓(xùn)練樣本的形成方法.結(jié)果表明了此方法的有

48、效性.將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和自適應(yīng)對(duì)消噪聲技術(shù)相結(jié)合，矩陣作為輸入，建立相應(yīng)的測(cè)量電路，這種方法的自適應(yīng)能力較強(qiáng)。諧波檢測(cè)算法向智能化、多功能實(shí)用化發(fā)展，求解方法從直觀的函數(shù)解析過渡到精確的分析和信號(hào)處理；諧波檢測(cè)效果向高精度、高速度和實(shí)時(shí)性好的方向發(fā)展，現(xiàn)有方檢測(cè)精度高則速度慢，檢測(cè)速度快則精度低或?qū)崟r(shí)性不好。故必須研究新的諧波特辨識(shí)方法和數(shù)學(xué)方法，以滿足高精度測(cè)量的要求；諧波檢測(cè)及量、分析與控制一體化、集成化，使測(cè)量系統(tǒng)低成本、高性波檢測(cè)理論體系并建立新體系，提出新的諧波檢測(cè)方法。鑒于本人對(duì)瞬時(shí)無(wú)功功率諧波檢測(cè)方法的了解、幾種檢測(cè)方法的比較、業(yè)內(nèi)主流檢測(cè)法的形勢(shì)，決定本設(shè)計(jì)主要研究瞬時(shí)無(wú)功功率的

49、諧波檢測(cè)方法。具體情況如下：3.2基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)與分析方法為了能在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償諧波，日本學(xué)者H.Akgai等人于1984年提出了基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論，并在此基礎(chǔ)上提出了兩種諧波電流的檢測(cè)方法法和法，它是目前有源濾波器 (ActivePower Fiiter簡(jiǎn)稱)中應(yīng)用最廣的檢測(cè)諧波電流方法，這兩種諧波電流的檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱且無(wú)畸變時(shí)，各電流分量海波正序無(wú)功分量、不對(duì)稱分量及高次諧波分量)的測(cè)量電路比較簡(jiǎn)單，并且延時(shí)小。缺點(diǎn)是硬件多，花費(fèi)大，并且該理論是基于三相三線制電路.對(duì)于單相電路，必須首先將三相電路分解，然后構(gòu)造基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的單相電路諧波檢測(cè)電路。

50、近幾年，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)瞬時(shí)無(wú)功功率理論進(jìn)行了研究和發(fā)展，并提出廣義瞬時(shí)無(wú)功功率理論，在此基礎(chǔ)上提出基于廣義瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)方法，已初步應(yīng)用與工程實(shí)踐?；趶V義瞬時(shí)無(wú)功功率理論與瞬時(shí)無(wú)功功率理論一樣，在解決諧波總量實(shí)時(shí)檢測(cè)方面比較方便，而對(duì)各次諧波檢測(cè)則達(dá)不到要求。這兩種方法都能準(zhǔn)確地測(cè)量對(duì)稱的三相三線制電路的諧波值。本節(jié)首先介紹瞬時(shí)無(wú)功功率理論，然后對(duì)基于該理論的兩種諧波檢測(cè)方法進(jìn)行了分析。最后將闡述怎樣將三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論用到諧波電流的檢測(cè)中。3.2.1傳統(tǒng)的功率理論傳統(tǒng)的無(wú)功功率的概念是建立在正弦交流電路的基礎(chǔ)上的。電路中，電壓和電流的瞬時(shí)值、的表達(dá)式為： (3.2.1) (

51、3.2.2)式中，、電壓、電流的有效值；f電壓與電流之間的相位差。則瞬時(shí)功率為： (3.2.3)從上式可以看出，瞬時(shí)功率由兩部分組成，即恒定分量和按雙倍頻率交變的正弦分量，則在某一個(gè)周期T內(nèi)的平均功率為： (3.2.4)為消耗在電阻元件上的平均功率，稱為有功功率。記，與電壓同相位，稱為有功分量。，在一個(gè)周期內(nèi)其平均功率為。，即不消耗能量的功率，其瞬間功率最大值，稱為無(wú)功功率。記，與電壓相位相差90，稱為無(wú)功分量。當(dāng)電流和電壓均為正弦波時(shí)，無(wú)功功率是代表負(fù)荷和電源之間的能量來(lái)回交換的一種量度。換句話說(shuō)，無(wú)功功率是電源與磁場(chǎng)、電源與電場(chǎng)或者磁場(chǎng)與電場(chǎng)之間，按雙倍頻率進(jìn)行交換而無(wú)能量消耗的電功率，它

52、在交流系統(tǒng)中是必不可少的。3.2.2三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論自20世紀(jì)80年代提出以來(lái)在許多方面得到了成功的應(yīng)用。該理論突破了傳統(tǒng)的以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時(shí)無(wú)功功率、瞬時(shí)有功功率等瞬時(shí)功率量。以該理論為基礎(chǔ)可以得出坐標(biāo)系下有源濾波器諧波和無(wú)功電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。通過推導(dǎo)可以得出三相電路瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq分別為: ipiq=sint -cost-cost -sint ii=Cii (3.2.5) 式中 C=sint -cost-cost -sint i，i為，經(jīng)過變換后的兩相電流： ii=231-12-12032-32iaibic (3.2.

53、6) 3.2.3諧波電流的檢測(cè)方法基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的 (或)算法和算法在原理上是一樣的。用這兩種方法檢測(cè)諧波和無(wú)功時(shí)，進(jìn)行的運(yùn)算大多都是瞬時(shí)值運(yùn)算，響應(yīng)速度很快，特別適合于變化快、沖擊大的無(wú)功和諧波補(bǔ)償。兩者在只檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)，都可以完全無(wú)延時(shí)地得出檢測(cè)結(jié)果；檢測(cè)諧波時(shí)，因被檢測(cè)對(duì)象中諧波的構(gòu)成和采用濾波器的不同，會(huì)有不同的延時(shí)，但最多不會(huì)超過一個(gè)電源周期，可見這兩種方法具有很好的實(shí)時(shí)性。與 (或)算法相比，算法借助了構(gòu)想的正、余弦函數(shù)，沒有直接使用系統(tǒng)電壓信息參與運(yùn)算，當(dāng)系統(tǒng)電壓波形畸變時(shí)，畸變成分在運(yùn)算過程中不出現(xiàn)，檢測(cè)結(jié)果不受影響，因此本文采用了這種方法。l ipiq檢測(cè)方法ipiq

54、檢測(cè)方法是由p-q檢測(cè)法派生出來(lái)的基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波、無(wú)功和負(fù)荷序電流檢測(cè)方法。該檢測(cè)方法的框圖如圖3-1所示：圖3-1 ip-iq算法原理圖 圖中，C23=2310-1232-12-32為C32的逆 圖中，C=sint-cost-cost-sint （3.2.7）在此方法中，通過一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)和一個(gè)正、余弦發(fā)生電路得到需要用到的與a相電網(wǎng)電壓V同相位的單位正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。按照?qǐng)D3-1可以計(jì)算出ip、iq ，經(jīng)低通濾波器濾波得出ip、iq中的直流成分ip、iq。按下式計(jì)算出被檢測(cè)電路電流ia、ib、ic的基波分量: iafibficf=C23C-1ipiq （3. 2. 8）

55、將iaf、ibf、icf與ia、ib、ic相減，即可得出需要檢測(cè)的諧波電流iah、ibh、ich (當(dāng)負(fù)載電流中含負(fù)序電流時(shí))。當(dāng)需要同時(shí)檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)， 只需要斷開圖3-1中計(jì)算iq的通道即可。由以上分析可知，在ipiq 運(yùn)算方式中，根據(jù)有功無(wú)功的定義計(jì)算出ip、iq . 濾波得到它們的直流分量然后經(jīng)過低通濾波器。電源電壓無(wú)畸變時(shí)，可以準(zhǔn)確計(jì)算出諧波電流。但由于p-q 檢測(cè)法電源電壓要參與運(yùn)算，如果電網(wǎng)電壓畸變，反映檢測(cè)結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)誤差。理想情況下，電網(wǎng)電壓波形應(yīng)為正弦波。但是實(shí)際的電網(wǎng)電壓波形由于不同的原因會(huì)有一定畸變.而且這種畸變?cè)谝欢ㄏ薅纫詢?nèi)允許存在。據(jù)調(diào)查目前電網(wǎng)電壓的總諧波畸變率平均己達(dá)到2%-3%. 在波形畸變嚴(yán)重時(shí)，其值更高。而p-q 算法在電網(wǎng)電壓有畸