【正文】 害的 電 流，因此后來(lái)出 現(xiàn) 了改 進(jìn)的 ipiq 算法，即 ip iq 檢測(cè) 算法。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，輸出正弦波與電網(wǎng)電壓同步，即同頻同相，在時(shí)間上應(yīng)該幾乎沒(méi)有延遲。 1） 霍爾電流傳感器： 霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環(huán)原理，當(dāng)原邊電流 IP 產(chǎn)生的磁通通過(guò)高品質(zhì)磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測(cè)磁通，通過(guò)繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補(bǔ)償電流 Is，用于抵消原邊 IP 產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。 1）過(guò)零比較器： 對(duì)兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。 本設(shè)計(jì)采用的比較器型號(hào)是 LM311P，它能實(shí)現(xiàn)正弦波到方波的轉(zhuǎn)換，引腳如下圖 37 所示： 圖 37 LM311P 引腳圖 其電路原理圖如下圖 38 所示： 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 38過(guò)零比較器電路圖 2）鎖相環(huán)（ PLL）電路： 許多電子設(shè)備要正常工作，通常需要外部的輸入信號(hào)與內(nèi)部的振蕩信號(hào)同步，利用鎖相環(huán)路就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。 [21] DSP 系統(tǒng)模塊如下所示： DSP 處理器 TMS320F2812 ，最高工作頻率 150MHz； DSP 芯片內(nèi)置 18K X 16 位 SRAM, 4K X 16 位 BOOT ROM , 1K X 16 位 OPT ROM DSP 芯片內(nèi)置 128K X 16 位 FLASH； 外擴(kuò) 32k 16bit 的程序 RAM， 32k 16bit 的數(shù)據(jù) RAM； 監(jiān)視用 LED 發(fā)光管一個(gè)； DSP 所有功能引腳引出， 176pin； 4MB 程序、數(shù)據(jù)尋址空間； 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 25 I/O 輸入輸出模塊―― 8 個(gè) LED； SCI 模塊―― RS232 通訊接口電路； SPI_DA 模塊―― 4 路 8 位串行 D/A 輸出； A/D 轉(zhuǎn)換模塊―― 2 路 12 位 A/D 采樣（可擴(kuò)展到 16 路）； CAN 模塊―― CAN 總線收發(fā)器。鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位。 過(guò)零比較器被用于檢測(cè)一個(gè)輸入值是否是零。 本設(shè)計(jì)采用檢測(cè)取樣電流的是型號(hào)為 JLT263I 交流三相電流 傳感器 ， 參數(shù)說(shuō)明： +： +12V －：－ 12V M： Iout Rm： 300Ω 其實(shí)物圖如圖 34 所示： 檢測(cè)取樣 信號(hào)處理 分離 顯示輸出 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 21 圖 34 JLT263I 交流三相電流傳感器 圖 其三相電流檢測(cè)電路原理圖如下圖 35 所示： 圖 35 三相 電流 檢測(cè)電路圖 2） 電壓互感器 電壓互感器是一個(gè)帶鐵心的變壓器。 ? DSP： Digital Signal Processor 的簡(jiǎn)稱，即數(shù)字信號(hào)處理器，它是一種特別適用于數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要運(yùn)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。理論 運(yùn)算 方式原理 圖。 電源電壓無(wú)畸變時(shí)，可以準(zhǔn)確 計(jì) 算出 諧南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 18 波 電 流 。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(guò)一個(gè)電源周期，可見(jiàn)這兩種方法具有很好的實(shí)時(shí)性。 記 ?? s inc o s2 tIiq ?? ，與電壓相位相差 90，稱為無(wú)功分量。本節(jié)首先介紹瞬時(shí)無(wú)功功率理論，然后對(duì)基于南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 15 該理論的兩種諧波檢測(cè)方法進(jìn)行了分析。 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(guò)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。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。由于此理論基于三相三線制電路，必南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 13 須首先構(gòu)建三相電路才能進(jìn)行諧波測(cè)量。它由離散傅立葉變換過(guò)渡到快速傅立葉變換的基本原理構(gòu)成。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。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)。 (2) 對(duì)測(cè)量表計(jì)的影響 ① 對(duì)電壓表的影響 研究各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。其中主要是 7 次的諧波，平均可達(dá)基波的 %8 、 %20 ，最大可達(dá) %45 。因此，諧波含量是電能質(zhì)量的重要指標(biāo) 之一。 %1001 ?? IIHRI nn （ ） 式中 nI — 第 n 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 %53? 之內(nèi)。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?。世界各?guó)都對(duì)諧波問(wèn)題予以充分的關(guān)注 .國(guó)際上召開(kāi)了多次有關(guān)諧波問(wèn)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 電力諧波理論介紹 “諧波”一詞起源于聲學(xué)。同時(shí)，也得到接近 l 的功率因數(shù)。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。盡管如此， LC 濾波器當(dāng)前仍是補(bǔ)償諧波的最主要手段。諧波問(wèn)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。 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。 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(wèn)題已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。因此，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 2 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。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(wèn)題。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(wèn)題的大量論文， 在其著作中對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。 本文首先闡述了電力系統(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。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)與分析 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。諧波檢測(cè) 是諧波問(wèn)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 。 1945 年 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。目前，對(duì)地球環(huán)境的保護(hù)己成為全人類的共識(shí)。 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。 2020 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(kāi)，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(wèn)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。吳競(jìng)昌等人 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。 近 10 多年來(lái)，對(duì)電力諧波問(wèn)題的研究已經(jīng)大大超過(guò)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。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。 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(kāi)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。這樣，輸入電流中就只含與開(kāi)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。 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。 70 年代以來(lái)，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。 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 ( iRu? )、微分 ( dtdiLu? )和積分 ( ?? idtCu 1 )關(guān)系，仍為同頻率的正弦波。 %1001 ?? UUH R U nn （ ） 式中 nU — 第 n 次諧波電壓有效值 (方均根值 )； 第 n 次諧波電流含有率以 nHRI 表示。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。 (2) 電弧爐、電石爐 由于加熱原料時(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)。具體設(shè)施： 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 、 變壓器 、 輸電線路 、 電力電容器 。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。 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(wèn)題中的一個(gè)重要分支，也是研究分析諧波問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)和主要依據(jù)。 2) 基于傅立葉變換的諧波檢測(cè)與分析 隨著計(jì)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(cè)是當(dāng)今應(yīng)用最多也是最廣的一種方法。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。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。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(guò)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， ADLINE 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)。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。即不消耗能量的功率，其瞬間功率最大值 ?sinEIQ? ，稱為無(wú)功功率。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。 由以上分析 可知，在 ip—iq 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(guò) 低通 濾 波器。 圖 31 是 ipiq39。 ? 在處理分離系統(tǒng)中關(guān)鍵的是低通濾波器，濾波器的參數(shù)可通過(guò)在 MATLAB 仿真軟件數(shù)字信號(hào)處理器工具箱計(jì)算得出， 濾波后再通過(guò)兩相 /三相變換得到諧波指南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 20 令電流，得到負(fù)載諧波電流 iah、 ibh、 ich。經(jīng)過(guò)特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。 能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。 鎖相環(huán) 電 路是一種反饋控制電路，簡(jiǎn)稱鎖相環(huán)（ P