【正文】 CHPS)為這個領域的國際交流提供了直接的渠道，正推動著諧波研究工作深入開展。于此同時，我國許多科研和生產(chǎn)單位，一些高等院校相繼開展了諧波研究工作，在多次學術會議上交流了這一方面的成果。理論上涉及到了功率理論的定義、諧波電流的檢測方法、有源電力濾波器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性研究等。此外，清華大學、華北電力大學、重慶大學等高等院校也對 APF展開了 深入的理論和實驗研究。 隨著電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的惡化和電力用戶對電能質(zhì)量越來越高的要求，公 用電網(wǎng)諧波污染已經(jīng)起了有關部門的廣泛關注，電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測、控制和抑制已成為當前電力系統(tǒng)研究的一個重要課題。 為了有效補償和一種負荷產(chǎn)生諧波電流，首先對諧波的成分有精確認識，因而需要實時檢測負載電流中的諧波本文講介紹 本文著重介紹了 基于三相電路瞬時無功功率理論的諧波測量 的理論。諧波次數(shù)不能為非整數(shù)，因此也不能有非整數(shù)諧波。暫態(tài)過程的實測波形是一個帶有明顯高頻分量的畸變波形，但盡管暫態(tài)過程中含有高頻分量，暫態(tài)和諧波卻是麗個完全不同的現(xiàn)象：諧波按其定義束說 是在穩(wěn)態(tài)情況下出現(xiàn)的，并且其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。在進行諧波分析時，正弦電壓通常由下數(shù)學式表示： ? ? ? ??? ?? tUtu s in2 (2． 1) 式 (2． 1)中： U為電壓有效值， ? 為初相角， ? 為角頻率。理論上任何周期性波形都可以分解成傅立葉級數(shù)形式，稱為諧波分析或頻域分析。 電力系統(tǒng)諧波的標準 由于電網(wǎng)中的諧波電壓和電流會對電網(wǎng)本身和用電設備造成很大的危害，所以必須限制諧波電流流入電網(wǎng)和控制諧波電壓在允許的范圍內(nèi)，以保證供電質(zhì)量。 燕山大學畢業(yè)設計（論文） 10 中壓電網(wǎng) (24一 77kv)，一般 2%5%、個別 6%。 表 1一 I公用電網(wǎng)諧波電壓 (相電壓 )限值 The limited value of Public electric grid harmonic voltage (Phase 表 1一 1給出了公用電網(wǎng)諧波電壓限值。 電力系統(tǒng)中的諧波來自電 6設備。隱極機多用于汽輪發(fā)電機。當發(fā)電機的端電壓高于額定電壓的 10％以上時，由于電機的磁飽和．會使電壓的三次諧波明顯增加。 所以發(fā)電、變電設備產(chǎn)生的諧波分量鄙比較小，比圍家的考核標準低的多，因此發(fā)電、變電設備不是影響電網(wǎng)電壓渡形方面質(zhì)量的主要矛盾。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，所以給電網(wǎng)帶來的是另一部分的缺角正弦波，顯然留下部分中含有大量的諧波。洗衣機、電風扇、空調(diào)等有繞組的設備中，因為不平衡電流的變化也能使波形改變。因此，同步電機的轉(zhuǎn)子就分別感應出(h1)和 (h+1)次諧波電流。諧波電流對隱極式同步電機的定子零部件，也能引起嚴重問題，甚至構(gòu)成制約條件。由于感應電動機的負載 般都是固定連接的，在受到諧波影響時，不能臨時降低負載來避免異常過熱和縮短壽命，在確定允許的諧波電壓時，應使絕大多數(shù)電動機在諧波電壓下不至過分增大消耗壽命的速度。當直流電流、低頻電流地電流流入變壓器繞組時，變壓器產(chǎn)生嚴重磁飽和，使其中的諧波電流增大，以致威脅???1 2ea )/(= U h mh hU燕山大學畢業(yè)設計（論文） 13 設備本身和電網(wǎng)的安全運行。 諧波會大大增加電力變壓器的銅耗和鐵耗，降低變壓器的有效出力，諧波導致的噪聲會使變電所的噪聲污染指數(shù)超標，影響工作人員的身心健康。電纜中的諧波電流會產(chǎn)生熱損，使電纜介損、溫升增大，使線路電阻隨頻率增加而 提高，造成電能的浪費 。對于架空線路而言，電暈的產(chǎn)生和電壓峰值有關，雖然電壓基波未超過規(guī)定值，但由于諧波的存在，當諧波電壓與基波電壓峰值重合時，其電壓峰值可能超過允許值而產(chǎn)生電暈，引起電暈，損耗增加。國內(nèi)外電網(wǎng)運行經(jīng)驗表明 :受諧波影響而導致的電氣設備損壞中電容器占有最大比例。器溫升每上 升 8℃，壽命縮短 1/2。造成電能計量的誤差。由此可知，上述三種配電斷 路器都可能因諧波產(chǎn)生。 對其通信系統(tǒng)的影響 諧波對通信線路的干擾，不但可以損害通話的清晰度，由于諧波和基波的綜合作用，曾有多次觸發(fā)電話響起的記載，在極端情況下會威脅通信設備和人員的安全。 通過對諧波源諧波產(chǎn)生燕山大學畢業(yè)設計（論文） 15 機理的定性分析產(chǎn)生的諧波進行測量和定量計算打下了基礎。 2）帶通選頻法和 FFT變換法 帶通選頻方法采用多個窄帶濾波器，逐次選出各次諧波分量，基本原理如圖 1所示 : 圖 ：基本原理圖 利用 FFT變換來檢測電力諧波是一種以數(shù)字信號處理為基礎的測量方法，其基本過程是對待測信號 (電壓或電流 )進行采樣，經(jīng) A／ D轉(zhuǎn)換，再用計算機進行傅里葉變換，得到各次諧波的幅值和相位系數(shù)。 3） 瞬時功率矢量法 1984年，日本學者 ，并在此基礎上提出了 2種諧波電流的檢測方法： pq法和 ip iq 法。這 2種方法的優(yōu)點是當電網(wǎng)電壓對稱且無畸變時，各電流分量 (基波正序無功分量、不對稱分量及高次諧波分量 )的測量電路比較簡單，并且延時小。此理論是基于三相三線制電路。 4） 傅里葉變換 利用傅立葉變換可在數(shù)字域進行諧波檢測，電力系統(tǒng)的諧波分析，目前大都是通過該方法實現(xiàn)的，離散傅立 葉變換所需要處理的是經(jīng)過采樣和A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號，設待測信號為 x(t)，采樣間隔為 △ t 秒，采樣頻率 fs =1/△ t 滿足采樣定理，即 fs 大于信號最高頻率分量的 2 倍，則采樣信號為 x(n△ t)，并且采樣信號總是有限長度的，即 n=0， 1??。 5） 小波分析法 燕山大學畢業(yè)設計（論文） 18 對于一般的諧波檢測，如電力部門出于管理而檢測，需要獲得的是各次諧波的含量，而對于諧波的時間則不關心，因此傅里葉變換就滿足要求。 三相電路瞬時無功功率理論 的諧波測量 三相電路瞬時無功功率理論 11 231由 、 等提出，隨后得到了廣泛深入的研究并逐步完善。??? 正交坐標變量作為分析基礎。根據(jù)（ )和（ )引入瞬時有功功率和瞬時無功功率，有 p=e? i? +e? i? （ ） ； p=e? i? e? i? （ ） ???????????????? ee e eqp????????????????????? iiCiipq ???? （ ） 寫成矩陣形式 把 ()()代入，可得 p， q對于三相電壓、電流表達式 p=ea ia +eb ib +ec ic （ ） 從（ ）可以看出， 三相電路的瞬時有功功率就是三相電路的有功功率 燕山大學畢業(yè)設計（論文） 20 eeii ep ??? ? ?? c o s pee ei p 22 ?? ??? ；?ip? pee eieeieei ppe 22s in?????? ? ????； eeii eqq ?? ? ?? c o s qee eiq 22 ?? ??? ；?iq? qee eieeieei qqeq 22s in?????? ?????? ? （ ） 瞬時有功電流和瞬時無功電流 定義 1:三相電路瞬 時有功電流 ip 和瞬時無功電流 iq 分別為矢量 i在矢量e及其法線上的投影。于是，由 ?p 、 ?q 即可算出被檢測電流 ia 、 ib 、 ic 的基波分量 iaf ，、ibf ，、 icf 。 ip、 iq法原理如圖 ： 燕山大學畢業(yè)設計（論文） 23 圖 ip 、 iq 檢測方法的原理圖 圖 ： 該方法需要與 a相電網(wǎng)電壓 ea 同相位的正弦信號 sin t? 和對應的余弦一cos? t，通過 鎖相環(huán)（ PLL)和正、余弦發(fā)生電流得到與電源電壓 e。 C32 = ???????????????232302121132????????????ttttcpq ????s inc osc oss in燕山大學畢業(yè)設計（論文） 24 所以： 式中 :n=3k+l時取“一”； n=3k 1時取“ +” 檢測示例 (l)電網(wǎng)電壓波形無畸變時 假設被檢測對象為全控橋式整流電路的交流側(cè)電流，并假設整流電路的直流側(cè)接電阻電感負載。 iq運算方式檢測到的諧波分量 的波形也相同，如圖 。因此研究電網(wǎng)電壓波形畸變時對檢測方法的影響是很有意義的。采用 p、 q運算方式和 ip一 iq運算方式檢測到的諧波分量、的波形分別如圖 : 燕山大學畢業(yè)設計（論文） 26 圖 網(wǎng)電壓畸變時檢測方法的仿真波形 由仿真結(jié)果可以看出，采用 p、 q運算方式所得到的基波分量 iaf 是 不準確的。但在電網(wǎng)畸變或不對稱時 :p、 q檢測方法存在誤差， iq、 iq檢測方法只取 sin t? 硯和一 cos t? 硯，畸變電壓的諧波成分在運算過程中不出現(xiàn)，因而檢測結(jié)果不受影響，檢測結(jié)果準確。一方面，用戶需要電力部門公共電網(wǎng)電能質(zhì)量能確保用戶正常生產(chǎn)用電；另一方面，電力部門也要求用戶的生產(chǎn)用電不影響公共電網(wǎng)的正常供電，特別是對于一些會對公必電網(wǎng)電能質(zhì)量造成睡大影響的大型用戶，從源頭上進行電能質(zhì)量的治理是必須的。為了有效補償和一種負荷產(chǎn)生諧波電流，首先對諧波 的成分有精確認識，因而需要實時檢測負載電流中的諧波 。 燕山大學畢業(yè)設計（論文） 28 參考文獻 [1] 羅安．電網(wǎng)諧波治理和無功補償技術及裝備 [M]． 北京： 中國電力出版社， 20xx [2] WAGER V E． Effects of Harmonics on Equipment[J]． IEEE Tram on PD， 20xx， 8(2)： 672． 680． [3] 張直平．城市電網(wǎng)諧波手冊 [M]．中國電力出版社， 20xx： 23． 54． [4] 王海濤，石剛，張慧琦．電力系統(tǒng)諧波分析 [J]．黑龍江電力， 20xx，24(3)： 239． 242． [5] 張保會，尹項根．電力系統(tǒng)繼電保護 [M]． 北京： 中國電力出版社，20xx. [6] 楊斌文，劉麗英，王文虎．電力系統(tǒng)中的諧波的危害與產(chǎn)生 [J]．電氣時代， 20xx， 2(2)： 3031． [7] 王兆安，楊君．諧波抑制和無功功率補償 (第二版 )[M]． 北京： 機械工業(yè)出版社， 20xx. [8] 林海雪，孫樹勤．電力網(wǎng)中的諧波 [M]．北京：中國電力出版社，1998． [9] 吳競呂．電力系統(tǒng)諧波 [M]．北京：水利電力出版社， 1988． [10] 張直平，李芬辰．城市電網(wǎng)諧波手 冊 [M]．北京：中國電力出版社，20xx． 2． [11] 章健．電力系統(tǒng)負荷模型與辨識 [M]．北京：中國電力出版社， 20xx． [12] 陳冬紅 ． 《電力系統(tǒng)諧波測量和分析方法研究》 [D]河海大學碩士學位論文 . 燕山大學畢業(yè)設計（論文） 29 附錄 1 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及電力市場的開放，電能質(zhì)量問題越來越引起廣關注。諧波給供電眾業(yè)的安全運行和經(jīng)濟效益帶來了巨大影響。有關諧波的數(shù)學分析早在 18世紀和 19世紀就己奠定了良好的基礎。1945年 論文。國際電工委員會 (IEC)和國際大電網(wǎng)會議都相繼組成了專門的工作組，制定包括供電系統(tǒng)、各項電力設備和用電設備以及家用電器在內(nèi)的諧波標準，并將諧波干擾問題列入電磁兼容范圍內(nèi)。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器設備燒毀 。諧波研究的意義，還可以上升到治理環(huán)境污染、維護綠色環(huán)境來考慮。對輸電線路和損失，以及成本在遇到困難的建設新輸電線路，往往會限制了可用傳輸容量。日益增加的需求，長期缺乏規(guī)劃，以及需要為生成開放電力市場準入公司（發(fā)電商）以及公用事業(yè)公司的客戶，他們都對安全性能的降低和質(zhì)量下降造成的傾向供應。 12 脈沖配置被獲得同樣要在高壓直流變換器提供一個 30的并 行和連接變壓器相移兩六脈沖 SVCs 之間。在可控串補的穩(wěn)態(tài)基本功能是有功功率流控制和它主要在電容范圍內(nèi)運行。 矢量是節(jié)點電壓 （ phasors） 中的向量考慮頻率和是的節(jié)點矢量從非線性組件的當前注射 (也是 phasors)和獨立源。 中原本建議一個弱的徑向系統(tǒng) 和也上分析，是以示包括一個可控串補自適應圖 3。此示例系統(tǒng)用來強調(diào)諧波失真在電流和電壓。牛頓法是非?？煽亢蜏蚀_ 。 同時，解決了牛頓法所有的頻率，同時與單個訂單的矩陣當電流注入和諾頓等效項方法是順序的頻率耦，解決問題其中是網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)與是的諧波問題在考慮數(shù)。在新的環(huán)境，傳輸系統(tǒng)中起著關鍵作用向所有與會者提供接入提供或消費電力。建議的方案考慮到在電力市場的不確定性，傳輸成本和安全性指數(shù)作為規(guī)劃目標，功能擴展