【正文】 形式一個周期為的周期性函數(shù)可表示為： ()若該函數(shù)滿足狄里赫利條件，就可分解成無限個三角級數(shù)的展開形式: ()式中和的關(guān)系為 ：周期函數(shù)基波的角頻率；：各頻率成份的振幅；：各頻率成份的初相角；利用其正交性容易求得各系數(shù)的計算式為: () () ()這種算法在計算機(jī)上實現(xiàn)時，就是對離散的采樣值進(jìn)行運(yùn)算，則: () ()其中：；：一個周期T中的采樣數(shù)；：第個采樣值。諧波檢測方法按原理可分為：模擬濾波器；基于傅立葉變換的諧波檢測法；基于瞬時無功功率理論的諧波檢測法；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測法；基于小波分析的諧波檢測法；諧波檢測的主要作用有：鑒定實際電力系統(tǒng)及諧波源用戶的諧波水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，包括對所有諧波源用戶的設(shè)備投運(yùn)時的測量，以確保設(shè)備投運(yùn)后電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著對諧波問題的日益重視和有源濾波器成本的逐步降低，有源濾波器將具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)脈動數(shù)由增加到時，可以有效的消除幅值較大的低頻項，(其特征諧波次數(shù)分別為和 )，從而大大地降低了諧波電流的有效值。當(dāng)諧波存在時，在一定的參數(shù)下電容器組會對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全。另外補(bǔ)償性質(zhì)不受電網(wǎng)頻率變化的影響，且不易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振，因此是一種較好的抑制諧波的電路。電路由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路(包括電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路及主電路)組成。目前在國外高低壓有源濾波技術(shù)已應(yīng)用到實踐，而我國目前僅應(yīng)用到低壓有源濾波技術(shù)。但無源濾波器存在著許多缺點，如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響；對某些次諧波有放大的可能：耗費多、體積大等。但三次諧波濾波器有一點特殊，因為三次諧波主要為零序諧波，大部分流經(jīng)N線，因此有些三次諧波濾波器采用在N線上串接的方式。二、在諧波源處加裝濾波裝置吸收諧波電流這類方法是對己有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。這就是個人計算機(jī)對低質(zhì)全的主供電源十分敏感并要求供電電源總的諧波電壓畸變的原因。四、干擾通信系統(tǒng)的工作電力線路上流過的11等幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場禍合，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，還會威脅通信設(shè)備和人員的安全。4 對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。2 對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。4 對電力電容器的影響因電容器的容抗，與頻率成反比，因此在高次諧波電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多，從而使諧波電流的波形崎變更比諧波電壓的波形畸變大得多，即便電壓中諧波所占的比例不大，也會產(chǎn)生顯著的諧波電流。一般情況下，并聯(lián)諧波諧振所產(chǎn)生的諧波過電壓和過電流對相關(guān)設(shè)備的危害性較大。因為在三相系統(tǒng)中，每個相線對星形接法的中性點電壓間有120度的相位差，當(dāng)每相的負(fù)荷相等時，在中性線上的合成電流為零，雖然基波電流可互相抵消，但諧波電流都是奇數(shù)位，尤其是三次序列(3，9，15次等)的諧波電流在承載不平衡電流的中性線內(nèi)則是益加的。對于帶不對稱負(fù)載的變壓器來說，如果負(fù)載電流中含有直流分量，會引起變壓器的磁路飽和，從而會大大增加交流激磁電流的諧波分量。為轉(zhuǎn)子諧波銅耗；為諧波鐵耗和諧波雜質(zhì)損耗，另外，諧波電流還會增大電機(jī)的噪音和產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩。尤其當(dāng)頻率較高時，此電流幾乎是在導(dǎo)線表面附近的一薄層中流動，這就是所謂的“集膚效應(yīng)”)的作用，使導(dǎo)體對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。分析與測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，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。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，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。 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對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。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。另外還有其他會產(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。3 第次諧波的含有率第次諧波電壓含有率以表示。以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對于非正弦電流的情況也完全適用，把式中轉(zhuǎn)成即可。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： （）式中一 電壓有效值；一 初相角；一 頻率； T一 周期。電力系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(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，（），稱為非諧波或分?jǐn)?shù)諧波。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。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。在第三章中，詳細(xì)闡述了基于傅立葉變換和瞬時無功功率理論的電力系統(tǒng)諧波檢測和分析方法，并給出了相應(yīng)裝置的框圖，通過比較得出一定的結(jié)論。 本文的主要工作本文根據(jù)目前電力系統(tǒng)諧波檢測與分析方法的實際應(yīng)用，對基于傅立葉變換的諧波測量和基于瞬時無功功率的諧波檢測與分析方法進(jìn)行詳細(xì)的分析和闡述。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，并據(jù)此信號對整流器進(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。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。多重化技術(shù)如果能與技術(shù)相配合，可取得更為理想的結(jié)果。對于作為主要諧波源的電力電子裝置來說，除了采用補(bǔ)償裝置對其諧波進(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。其基本原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個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。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。 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)償裝置來補(bǔ)償諧波，這對各種諧波源都是適用的；另一條是對電力電子裝置本行改造，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。文獻(xiàn)提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)諧波測量方法。通過對含諧波的電流信號進(jìn)行正交小波分解，分析了電流信號的各個尺度的分解結(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)成諧波檢測環(huán)節(jié)，該方法計算速度快，能快速跟蹤諧波的變化。作為一種時—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)無法比擬的。但硬件多，花費大。它不僅在電網(wǎng)電壓畸變時適用，在電網(wǎng)電壓不對稱時也同樣有效；而在電網(wǎng)電壓畸變時，使用此法測量諧波存在較大的誤差。其缺點是需要一定時間的電流值，且需進(jìn)行兩次變換，計算量大，需花費較多的計算時間，從而使得檢測方法具有較長時間延時，檢測結(jié)果實際是較長時間前的諧波和無功電流，實時性不好。2 基于傅立葉變換的諧波檢測與分析隨著計算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，基于傅立葉變換的諧波檢測是當(dāng)今應(yīng)用最多也是最廣的一種方法。目前國內(nèi)外諧波檢測與分析方法可分為：1 采用模擬帶通(或帶阻)濾波器測量諧波最早的諧波測量是采用模擬濾波器實現(xiàn)。 國內(nèi)外電力諧波檢測與分析方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展 諧波檢測方法是諧波檢測的核心環(huán)節(jié)，也是各文獻(xiàn)著重論述和相互區(qū)別所在。國際電工委員會〔IEC)、電氣和電子工程師協(xié)會()等國際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，也成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，在世界范圍開展包括制定標(biāo)準(zhǔn)和定期召開國際學(xué)術(shù)會議等項內(nèi)容的工作。最近十幾年間，對電力系統(tǒng)諧波問題的研究，己經(jīng)超出了電力系統(tǒng)自身的研究范圍。但是近年來由于電氣化鐵路的大量出現(xiàn)，以及可控硅整流裝置的廣泛應(yīng)用，不少電網(wǎng)中的高次諧波含量的數(shù)值已大大超過了國際上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。目前，對地球環(huán)境的保護(hù)己成為全人類的共識。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。電力系統(tǒng)諧波測量畢業(yè)論文目 錄1 緒 論 1 諧波檢測的研究背景及意義 1 國內(nèi)外電力諧波檢測與分析方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展 2 諧波抑制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 5 本文的主要工作 62 電力諧波理論介紹 8 電力諧波的基本概念 8 諧波的表示方法 8 諧波的特征量 9 電力諧波產(chǎn)生的原因 10 發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波 11 用電設(shè)備產(chǎn)生諧波 11 電力諧波的危害 12 電力諧波的抑制措施 16 本章小結(jié) 193 電力諧波電流的檢測與分析方法 20 基于傅立葉變換的諧波檢測與分析方法 20 傅立葉級數(shù)的三角函數(shù)和指數(shù)表示形式 20 離散傅立葉變換 22 快速傅立葉變換 22 減小泄漏和其它誤差的快速傅立葉變換改進(jìn)算法 24 基于瞬時無功功率理論的諧波檢測與分析方法 25 傳統(tǒng)的功率理論 26 三相瞬時無功功率理論 27 諧波電流的檢測方法 33 基于算法的諧波電流檢測方法的實現(xiàn) 37 正余弦函數(shù)的產(chǎn)生 37 數(shù)字低通濾波器的設(shè)計 37 一種改進(jìn)的諧波和基波檢測方法 38 本章小結(jié) 414 仿真結(jié)論 43 MATLAB簡介 43 仿真模型的建立 44 仿真結(jié)果 45結(jié) 論 47致 謝 48參考文獻(xiàn) 49附錄A 英文資料及翻譯 50I1 緒 論 諧波檢測的研究背景及意義電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)30年代就引起了人們的注意，當(dāng)時在德國，使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。諧波的研究具有重要意義，首先是諧波的危害十分嚴(yán)重。在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，要求實施“綠色電力電子”的呼聲也日益高漲。我國過去對電網(wǎng)中的諧波問題未加重視和研究。為此，除了引進(jìn)發(fā)達(dá)國家研制的諧波監(jiān)測儀器外，還應(yīng)當(dāng)研究符合我國電網(wǎng)現(xiàn)狀的諧波分析方案，以提高電網(wǎng)諧波監(jiān)測分析水平，這對于抑制高次諧波含量是十分必要和有價值的。如許多國家相繼頒發(fā)了限制帶有電子控制器件的家用電器和低壓電器產(chǎn)生諧波的標(biāo)準(zhǔn)。通過對這幾方面問題的研究，將會導(dǎo)致新技術(shù)乃至新的邊緣分支學(xué)科地誕生。輔助算法的選擇主要取決于以下因素：實際輸入信號的動態(tài)特性與所要求的理想信號符合程度；數(shù)據(jù)處理性能；給定的時間響應(yīng)和精度要求；軟硬件實現(xiàn)約束條件。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動時，不僅影響檢測精度，而且檢測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。使用此方法測量諧波精度較高，功能較多，使用方便?；ā⒎軌驕?zhǔn)確測量對稱的三相三線制電路諧波值?？梢?，該方法具有很好的實時性。4 利用小波分析方法進(jìn)行諧波檢測與分析小波分析(wavelet Analysis)作為一種新興的理論是數(shù)學(xué)發(fā)展史上的重要成果，它無論是對數(shù)學(xué)還是對工程應(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)、信號處理、語音識別與合成、自動控制、圖象處理與分析等領(lǐng)域。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)。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于諧波測量，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。故必須研究新的諧波特辨識方法和數(shù)學(xué)方法，以滿足高精度測量的要求；諧波檢測及量、分析與控制一體化、集成化，使測量系統(tǒng)低成本、高性波檢測理論體系并建立新體系，提出新的諧波檢測方法。這種方法的主要缺點是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，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。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。80年代以來，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，以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。重數(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。對于電流型PWM整流器，可以直接對各開關(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。其控制方法有直接電流控制和間接電流控制兩種。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，因為辦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諧波污染的抑制做出巨大貢獻(xiàn)。在第二章中，對電力諧波的基本概念和特征參數(shù)進(jìn)行了闡述，研究了諧波產(chǎn)生的原因和諧波的危害，以及諧波抑制的方法和實際應(yīng)用價值。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)。、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。 電力諧波的基本概念國際公認(rèn)的諧波定義為：“諧波是一個周期電氣量的正弦波