【正文】 ...................... 27 參 考文獻 .................................................... 28 附錄 1 ....................................................... 29 附錄 2 ....................................................... 32 致謝 ....................................................... 337 燕山大學(xué)畢業(yè) 論文評審意見 表 …………………………………………… .38 個人簡介 …………………… ..…………………………………………… .40 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 1章 緒論 諧波的提出及意義 “諧波”一詞起源于聲學(xué)。世界各國都對諧波問題給予充分關(guān)注，定期召開有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)討論會。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 。諧波研究及其抑制技術(shù)己日益成為人們關(guān)注的問題 。但是設(shè)計出濾波性能理想的無源濾波器也不是一件簡單的事。為了避 免在主要諧波頻率處發(fā)生串并聯(lián)諧振，無源濾波器的調(diào)諧頻率往往設(shè)計成稍偏離主要的諧波頻率，而這又將影響無源濾波器的濾波性能。 1976年 Gyug)， i等人提出了用大功率晶體管 PWM變換器構(gòu)成有源濾波器，并正式提出了有源濾波的概念，提出了有源濾波器的主電路的基本拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法，從原理上闡明了有源電力濾波器是 一種理想的諧波電流發(fā)生器，并討論了實現(xiàn)方法和控制原理，奠定了有源電力濾波器的基礎(chǔ)。我國從 80年代開始大量采用硅整流設(shè)備，尤其是鐵路電氣化的迅速發(fā)展，推動了硅整流技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。同年，華北電力科學(xué)院和冶金自動化研究院聯(lián)合研制了用于 380V三相系統(tǒng)的 33KVA雙極面結(jié)型晶體管 (BJT)電壓型有源濾波器 。也就是說來自發(fā)電設(shè)備和用 電設(shè)備 。 2)諧波和暫念現(xiàn)象必須加以區(qū)別，諧波的波型是周期性的和不變的，而暫態(tài)現(xiàn)象的的波形每個 周波都在發(fā)生著變化，為了區(qū)別暫念現(xiàn)象和諧波一般在計算電壓 (電流 )畸變率時，采用諧波電壓 (電流 )的平均有效值或畸變率，其時間區(qū)閫取 3秒。但當正弦電壓施加在非正弦電路上時，電流就變?yōu)榉钦也?，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會使電壓波形也變?yōu)榉钦也?。各級電網(wǎng)的諧波水平一般用諧波電壓含有率或總諧波畸變率來反映。電壓等級越高，諧波限制越嚴格。由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機發(fā)出的燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。由于電網(wǎng)電壓偏移在177。變頻裝置常用于風(fēng)機、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了移相控制，諧波成分很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分數(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，對電力系統(tǒng)造成的諧波就越來越多。高次諧波電流在發(fā)電機定子中同樣有集膚效應(yīng)。折算公式為： 式中 Ueq為等價基波負序電壓； hU 為第 h次諧波電壓； m為系數(shù)，且 m≤ 1。 對線路的危害 諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗。據(jù)有關(guān)資料介紹，諧波的影響將使電纜的使用壽命平均下降約 60%。特別是在發(fā)生諧振的情況下，很小的諧波電壓就會引起的諧波電流，導(dǎo)致電容器因過流而損。對于電磁接角器來說，諧波電流使磁體部件溫升增大，影響接點，線圈溫度升高使額定電流降低。 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第 3章 電力系統(tǒng)諧波的檢測 1） 帶阻濾波法 這是一種最為簡單的諧波電流檢測方法，其基本原理 是設(shè)計一個低阻濾波器，將基波分量濾除，從而獲得總的諧波電流量。 ip 一 iq 法適用范圍廣，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。仿真表明該方法是可行的，其檢測性能優(yōu)于以往的單相諧波電流的測量方法。小波變換由于克服了傅里葉變換在頻域完全局部化而在時域完全無局部性的缺點，即它在時域和頻域同時具有局部性，因此通過小波變換對諧波信號進行分析可獲得所對應(yīng)的時間信 息。 ?????????????????????eeeeecbaba C32 () ?????????????????????iiiiicbaba C32 () 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 C32 =???????????????232302121132 所示：，如圖坐標系電壓、電流矢量 ?? ? 圖 電壓、 電流矢量圖 圖 ??? 平面上，矢量 e? 、 e? ，和 i? 、 i? 分別可以合成 電壓矢量 e和 電流矢量 i（ e ? 、 e ? ，和 i? 、 i? 是 e、 i在 ??、 軸的投影） e=e ? +e ? =e ?? e （ ） ； i=i? +i? =i ?? i （ ） 式中 e、 i為矢量 e、 i的模 。由于采用了低通濾波器 (LPF)求取 p、 q，故當被檢測電流發(fā)生變化時，需經(jīng)一定延遲時間才 能得到準確的 p、 q，從而使檢測結(jié)果有一定延時。 ??? ?????????????1__])1s in [ (2])1c o s [ (23nnnnnqptntnIIii????燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 三相對稱且電網(wǎng)電壓為正炫時檢測方法的仿真波形 Simulation waveform of three phase symmetry sine voltage 采用 p、 q運算方式和 ip一 iq運算方式檢測到的基波分量與的波形相同，如圖 。當 a、 b、c三相電壓幅值不相等，并假設(shè)被檢測的電流與前面分析的一樣圖 畸變的 電網(wǎng)被測電流 ia 的波形。電力諧波的定量計算，一方面方便用戶采取措施降低諧波影響，另一方面供電部門可以確定諧波源。 進而研究了電力系統(tǒng)諧波的抑制措施，消除或抑制諧波的對策 ,可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響 ， 以消除和防止諧波的影響 。 因此，諧波及其抑制技術(shù)己成為國內(nèi)外廣 泛關(guān)注的課題 。 70年代以來，由 于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種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，諧波所造成的危害也日趨嚴重。 諧波研究的意義，還在于其對電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。此外，在放寬電力服務(wù)環(huán)境，是一個有效的電網(wǎng)至關(guān)重要的競爭環(huán)境，可靠的電力服務(wù)。 (可控串補 )在可控串補的基本配置有一系列電容器連環(huán) TCR 分支的。 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 本節(jié)介紹用于突出顯示關(guān)鍵功能的結(jié)果擬議的模式與牛頓式及其應(yīng)用諧波功率流的程序。第一例是僅 SVC1 連接，但經(jīng)營研究與射擊控制一個奇： 每個 TCR 分支都不同延遲 （ 1 120 和 130) 和也有 1 差異正與負半周期觸發(fā)。 50 諧波，牛頓法要求 s。s and 6039。因此，新辦法標準是必要的。牛頓法是較昂貴，每個迭代時間已比其他兩個方法和其平均的迭代就 (幾乎二次 ) 的非線性關(guān)系，諧波的數(shù)目。 SVCs 最初被為了保持沿電壓他們正常范圍內(nèi)的 230 千伏輸電系統(tǒng)操作。這種方法是簡單且功能強大，它允許集中和分布式參數(shù)模型和直接的使 用和頻率依賴性參數(shù)的準確表示形式。 先前所述的 TCR 分支部分，可用作構(gòu)建基塊的兩種非線性設(shè)備： SVC 和在可控串補 。因此消除諧波污染，燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 己成為電力系統(tǒng)，尤其是電力電子 技術(shù)中的一個重大課題。首先是因為諧波的危害十分嚴重，諧波可使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低 。電力系統(tǒng)的諧波問題早在 20世紀的 20年代和 30年代就引起人們的關(guān)注。 諧波是目前電力系統(tǒng)中最普遍現(xiàn)象，是電能質(zhì)量的主要指標。也就是說來自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。這是采用 p、 q運算方式的固有缺點。 2)電網(wǎng)電壓波形有畸變時 理想電網(wǎng)電壓波形應(yīng)為正弦波，但實際電網(wǎng)電壓波形由于不同的原因會有一定的畸變，而且這種畸變在一定限度以內(nèi)允許存在。這兩個信號與 ia 、 ib 、 ic 一起計算出基波有功電流和基波無功電流 ip， iq。即 :() 式中， C23 =CT32 基于瞬時無功功率的 p、 q檢測方法 檢測方法如 圖 ： 圖 p、 q 檢測方法的原理圖 該方法根據(jù)定義算出 p、 q，經(jīng)低通濾波器 (LPF得到 p、 q的直流分量 ?p 、?q 。以該理論為基礎(chǔ)可以得出用于有源電力濾波器的諧波和無功電流實時檢測方法 。此外，對于離散傅立葉變換來說，如果不是整數(shù)周期采樣，那么即使信號只含有單一頻率，離散傅立葉變換也不可能求 出信號的準確參數(shù)，因而出現(xiàn)柵欄效應(yīng) 。如電網(wǎng)中最典型的諧波源 —— 三相整流 器，其檢測的延時約為 1／ 6周期。 量。 本章小結(jié) 本章對電力系統(tǒng)諧波作了簡單扼要的介紹和分析，介紹了基本的定義及 表達式，從而分析出諧波產(chǎn)生的原因。這樣受害的用戶既從系統(tǒng)中吸收基波功率，又從諧波源吸收無用的諧波功率，其后果是諧波源負荷用戶少付電費，而受害的用戶多付電費 :給供電部門或電力用戶帶來直接的經(jīng)濟損失。一般來說，電壓升高 10%，電容器壽命縮短 1/2。 增加了輸電線路的損耗，縮短了輸電線壽命。諧波電流除了引起變壓器繞組附加發(fā)熱外，對外殼、外層的鋼片和某 些緊固零件引起發(fā)熱，甚至?xí)饑乐氐木植窟^熱。 (2)對感應(yīng)電動機的影響 感應(yīng)電動機由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)線尺寸比 定子導(dǎo)線的尺寸大得多，所 以隨著電流頻率的上升，轉(zhuǎn)子電阻的增加比定子電阻的增加更快。 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 電力系統(tǒng)諧波的危害 對電機的危害 (1)對同步電機的影響 ： 定子繞組為星形接法的旋轉(zhuǎn)電機接受的高次諧波電流通常只含有正序和負序分量。 非線性用電沒備是主要的諧波源，非線性用電設(shè)備主要有以下四大類：第一，電弧加熱設(shè)備：如電弧爐、電焊機等；第二，交流整流的直流用電設(shè)備：如電力機車、電解、電鍍等；第三，交流整流再逆變用電沒備：如變頻調(diào)速、變頻空調(diào)等；第四 ，開關(guān)電源設(shè)備：如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。對于諧波分量而言。周期為 T=2? /? 。 我國原水利電力部于 1984年根據(jù)原國家經(jīng)濟委員會批轉(zhuǎn)的《全國供用電規(guī)則》的規(guī)定，制定并發(fā)布了 《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》。 對于周期為 T=2? ／ ? 的非正弦電壓，一般滿足狄力赫利條件，可以分解為如下形式的傅立葉級數(shù)： u(? t)=a0 +??? ?1 )]s in ()c o s ([n nn tnbtna ?? (22) 式 (22)中： ?? ?? ??20210 )()(a tdtu (23） an= ?21 ? ? ???20 )()co s ()( tdtntu （ n=1,2,3… ） (24) bn = ?21 ? ? ???20 )()s in ()( tdtntu （ n=1,2,3… ） (25) 在 傅立葉級數(shù)中頻率的分量稱為諧波，均以非正弦電壓為例，頻率為T1 的分量稱為基波，大于諧波次數(shù)為基波頻率和基波頻率的整數(shù)比。暫念常伴隨著系統(tǒng)的變化，例如投切電容器組等，而諧波則與負荷的連續(xù)運行有關(guān) 。 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 2章 電力系統(tǒng)諧波的分析 諧波的基本概念 諧波的定義 國際上公認的諧波含義是： “諧波是一個周期電氣量的正弦波的分 量，或者說諧波分量為周期量的傅里葉級數(shù)中大于 1的 h次分量其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”州。因此我國有源濾波技術(shù)具有廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景 .從近年的研究和應(yīng)用中我們可以燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 看出 APF具有如下的發(fā)展趨勢 : l)通過采用 PWM調(diào)制技術(shù)和提高開關(guān)器件等效開關(guān)頻率的多重化技術(shù)，實現(xiàn)對高次諧波的有效補償和系統(tǒng)大容量的實現(xiàn) : 2)從經(jīng)濟上考慮，可以采用妙 APF與 PF組成的混合型濾波系統(tǒng)，以減少APE的容量，達到降低成本、 提高效率的目的 。研究 APF主要集中在并 聯(lián)型、混合型，也開始研究串聯(lián)型。但由于全控型功率器件的成本及性能，制約了 APF的實際應(yīng)用，目前只有在日本得到比較廣泛的推 廣。 2） ．有源濾波裝置 目前諧波抑制的趨勢是采 用有源電力濾波器 (APF． Active Power Filter)，它是一種電力電子裝置，能對頻率和大小都變化的諧波進行動態(tài)補償，補償特性不受電