【正文】 鎖相環(huán) 電 路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環(huán)（ PLL）。經(jīng)過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。 圖 31 是 ipiq39。用這兩種方法檢測諧波和無功時(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、沖擊大的無功和諧波補(bǔ)償。這兩種方法都能準(zhǔn)確地測量對稱的三相三線制電路的諧波值。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 )無法比擬的。 2) 基于傅立葉變換的諧波檢測與分析 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是當(dāng)今應(yīng)用最多也是最廣的一種方法。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，使電能測量出現(xiàn)隨機(jī)的或正或負(fù)的誤差。 (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)。 %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。 70 年代以來，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。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。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。吳競昌等人 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《諧波抑制和無功功率補(bǔ)償》是我國近年來在諧波治理方面發(fā)表的具有較大影響的著作。 電力系統(tǒng)諧波檢測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)可能帶來的危害，并對此提出相應(yīng)的電力諧波檢測方法與治理方案。 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。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 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。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， 在其著作中對此進(jìn)行了總結(jié)。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)的諧波檢測與分析有著非常大的必要性和意義。 新的諧波檢測方法層出不窮，如 Akagi H 等學(xué)者提出的基于瞬時(shí)無功功率 理論的諧波電流檢測方法，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)償無功功率；又如基于傅立葉變換的諧波檢測方法，該方法具有檢測精度較高、實(shí)現(xiàn)簡單、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兩個(gè)方面均得到了比較廣泛的應(yīng)用。盡管如此， LC 濾波器當(dāng)前仍是補(bǔ)償諧波的最主要手段。同時(shí)，也得到接近 l 的功率因數(shù)。世界各國都對諧波問題予以充分的關(guān)注 .國際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少國家和國 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。 %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)。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 。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)。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。這些良好的分析特性使得小波變換已成為信號處理的一種強(qiáng)有力的新工具。本節(jié)首先介紹瞬時(shí)無功功率理論，然后對基于南昌航空大學(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方法進(jìn)行了分析。兩者在只檢測無功電流時(shí)，都可以完全無延時(shí)地得出檢測結(jié)果；檢測諧波時(shí)，因被檢測對象中諧波的構(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。理論 運(yùn)算 方式原理 圖。 本設(shè)計(jì)采用檢測取樣電流的是型號為 JLT263I 交流三相電流 傳感器 ， 參數(shù)說明： +： +12V －：－ 12V M： Iout Rm： 300Ω 其實(shí)物圖如圖 34 所示： 檢測取樣 信號處理 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 其三相電流檢測電路原理圖如下圖 35 所示： 圖 35 三相 電流 檢測電路圖 2） 電壓互感器 電壓互感器是一個(gè)帶鐵心的變壓器。鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位。 本設(shè)計(jì)采用的比較器型號是 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與內(nèi)部的振蕩信號同步，利用鎖相環(huán)路就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。 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)生的磁通通過高品質(zhì)磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過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。 因 為電 網(wǎng) 電壓 有畸 變 或不對 稱 時(shí) ， 電壓 中將含有 負(fù) 序分量和零序分量， 同次 諧 波的 負(fù) 序 、 零序 電壓 分量和 負(fù)序 、 零序 電 流將 產(chǎn) 生平均有功分量和無功分 量 ， 常 規(guī) pq 算 法無法 檢測 出去全部有害的 電 流，因此后來出 現(xiàn) 了改 進(jìn)的 ipiq 算法，即 ip iq 檢測 算法。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)無功電流 iq 分別為 : 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 16 () 式中 () 諧波電流的檢測方法 基于瞬時(shí)無功功率理論的 ?? (或 pq )算法和 qp ii ? 算法在原理上是一樣的?；趶V義瞬時(shí)無功功率理論與瞬時(shí)無功功率理論一樣，在解決諧波總量實(shí)時(shí)檢測方面比較方便，而對各次諧波檢測則達(dá)不到要求。 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(dòng)控制、圖象處理與分析等領(lǐng)域。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，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。 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。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。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 8 3 第 n 次諧波的含有率 第 n 次諧波電壓含有率以 nHRU 表示。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。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 PWM 控制，使得輸入電流接近正弦波且和電源電壓同相位。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，容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使 LC 濾波器過載甚至燒毀。我國也將諧波的管理、監(jiān)測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)定和國家標(biāo)準(zhǔn) 。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。 關(guān)鍵字： 電力系統(tǒng) 諧波 瞬時(shí)無功功率理論 PROTEL MATLAB仿真 指導(dǎo)老師簽名： Detection and analysis of power system harmonics Student name: Tianpengzhou Class: 1082031 Supervisor: Huirongxiao Abstract: In recent years, with the rapid development of modern industry, the application of power electronic devices bee 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 problems, realtime 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 as 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 works were pared with reference to pave the way for further action instantaneous reactive power harmonic analysis and detec tion method based on . This paper focuses on instantaneous reactive power theory based on parison of two harmonic current detection methods pq method and ipiq method. In this paper, using ipiq algorithm, the method is not only applicable when the grid voltage distortion at the grid voltage asymmetry are equally effective , the original current signal separation in different frequency bands , and then plete the separation of the fundamental and harmonic reached on the grid harmonic current detection function . The article also used