【正文】 時，由于磁電作用使電流偏向一邊的特性，稱為“鄰近效應”)，在繞組中引起附加銅耗，同時也使鐵耗相應增加，其附加損耗可用下式表示： （）式中：為通過變壓器的K次諧波電流；為變壓器的短路電阻；為考慮集膚效應和鄰近效應影響系數(shù)。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，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。1 諧波含量所謂諧波含量，就是各次諧波的平方和開方。當時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。對于電壓型整流器，需要通過電抗器與電源相連。目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器 (ActivePowerFilterAPF)。小波分析克服了傅立葉分析在頻域完全局部化而在時域完全無局部性的缺點，即它在頻域和時域同時具有局部性。模擬信號經(jīng)采樣，離散化為數(shù)字序列信號后，經(jīng)微型計算機進行諧波分析和計算，得到基波和各次諧波的幅值和相位，并可獲得更多的信息，如諧波功率、諧波阻抗以及對諧波進行各種統(tǒng)計和分析等，各種分析計算結果可在屏幕上顯示或按需要打印輸出。同時，電力系統(tǒng)諧波問題己經(jīng)受到了世界各國經(jīng)濟、行政管理部門的重視，不少國家已先后制定了限制電力系統(tǒng)諧波的標準，其中也包括一些限制和管理措施。70年代以來，由于電子技術的飛速發(fā)展，電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所造成的危益嚴重。據(jù)我國電力科學院系統(tǒng)研究所對西南、西北、華中、華北等地區(qū)重點電網(wǎng)測試的結果來看，我國電網(wǎng)的諧波污染已很嚴重。即采用濾波器將基波電流分量濾除，得到諧波分量，或采用帶通濾波器得出基波分量，再與被檢測電流相減得到諧波分量。針對此方法的缺點，有學者提出一種能適用于任意非正弦、非對稱三相電路的基于坐標系下廣義瞬時無功功率的新理論的測量方法。裝設諧波補償裝置的傳統(tǒng)方法就是采用調(diào)諧濾波器。幾千瓦到幾百千瓦的高功率因數(shù)整流器主要采用PWM整流技術。 在第四章中，運用所介紹的理論和方法，采用瞬時無功功率理論的ipiq算法，并借助MATLAB進行了仿真模型，并最后給出仿真結果，驗證了該方法的有效性和結論的正確性。正弦電壓施加在線性無源元件如電阻、電感和電容上，其電壓和電流分別為比例 ()、微分()和積分()關系，仍為同頻率的正弦波。這些非線性負荷在工作時向電源反饋高次諧波，導致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，使電能質(zhì)量變壞。1 對旋轉電機的影響諧波電壓或電流會在電機的定子繞組、轉子回路以及定子和轉子鐵心中引起附加損耗。當注入電網(wǎng)的諧波的頻率位于在網(wǎng)絡諧振點附近的諧振區(qū)內(nèi)時，會激勵電感、電容產(chǎn)生部分諧振，形成諧波放大。另外高壓直流()換流站換相過程中產(chǎn)生的電磁噪聲 ()會干擾電力載波通信的正常工作，并使利用載波工作的閉鎖和繼電保護裝置動作失誤，影響電網(wǎng)運行的安全。因而隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器?？刹扇〈?lián)電抗器，或將電容器組的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。因為指數(shù)函數(shù)組，（)是一個完備的正交函數(shù)，所以一個周期函數(shù)也可由指數(shù)函數(shù)的線性結合來表示: ，（） () 式中：由于指數(shù)函數(shù)是完備的正交函數(shù)組，利用正交性可求上式各項系數(shù)為:， ()將上式與()式比較可得第次諧波項 ， ()式中：和為實數(shù)；和一般為復數(shù)如令，則 ()將式代入式()可得： ， () ， ()式（）中第次諧波為： ()由此可見，傅立葉級數(shù)三角函數(shù)形式和指數(shù)形式即是不同類型的級數(shù)，又是對同一函數(shù)的兩種不同表示方法。該方法可減少泄漏，有效地抑制諧波之間的干擾和雜波及噪聲的干擾，從而可以精確測量到各次諧波電壓和電流的幅值及相位 ()式中為信號周期； 為采樣周期； 采樣頻率； 為信號頻率；為正整數(shù)。基于廣義瞬時無功功率理論與瞬時無功功率理論一樣，在解決諧波總量實時檢測方面比較方便，而對各次諧波檢測則達不到要求。由下面的變換可以得到兩相瞬時電壓和兩相瞬時電流和。且其值和按傳統(tǒng)理論算出的有功功率和無功功率完全相同.把式()、式()代入式()中可以得相的瞬時有功電流和瞬時無功電流: ()比較上式和式()可以看出，相的瞬時有功電流和瞬時無功電流的表達式與傳統(tǒng)功率理論中相電流的有功分量和無功分量的瞬時值表達式完全相同。因此，瞬時無功功率理論包容了傳統(tǒng)的無功功率理論，比傳統(tǒng)理論具有更大的適用范圍。其中和可以根據(jù)線電壓由鎖相環(huán)電路()和正、余弦發(fā)生電路得到。的輸入數(shù)據(jù)序列為電網(wǎng)的有功電流和無功電流。設單相瞬時電壓和單相瞬時電流分別為 （） （）為了降低檢測方法的計算量，省去算法中的三相至兩相坐標變換，直接求三相坐標系下的瞬時有功電流和瞬時無功電流。在美國的一些大學里，MATLAB正在成為對數(shù)值線性代數(shù)以及其他一些高等應用數(shù)學課程進行輔助教學的有益工具。程序見附錄。用戶可以根據(jù)自己的工作任務，開發(fā)自己的工具箱。MATLAB集中了日常數(shù)學處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計算、矩陣運算、信號處理和圖形生成等功能。 一種改進的諧波和基波檢測方法由于算法具有實時性強，實現(xiàn)簡單等特點，因此算法在工程應用的許多方面都得到了成功的應用。查表法是從軟件上實現(xiàn)的，即事先按預定的采樣頻率，對正弦和余弦函數(shù)建表，存儲在微處理器的程序存儲器中，在新的采樣時刻帶來之前，計算準備好要用到的正余弦值。因此，經(jīng)過矩陣的逆變換后，即可以由、計算出被檢測電流的基波分量為： ()將與相減，即可得到的諧波分量。三相電路的瞬時有功功率就是三相電路的瞬時功率。而瞬時無功理論中的概念，都是在瞬時值的基礎上定義的，它不僅適用于正弦波，也適用于非正弦波和任何過渡過程的情況。換句話說，無功功率是電源與磁場、電源與電場或者磁場與電場之間，按雙倍頻率進行交換而無能量消耗的電功率，它在交流系統(tǒng)中是必不可少的。為此可對信號進行加窗以減少泄漏，進一步提高各參數(shù)的計算精度以減少柵極效應帶來的誤差。泄漏誤差來自兩方面，一是信號負頻分量引入的長范圍泄漏，二是窗扇形損失引入的短范圍泄漏。 基于傅立葉變換的諧波檢測與分析方法機電系統(tǒng)的結構層次多，各個單元、部件間互相關聯(lián)及元部件的多樣性使系統(tǒng)建模困難。 混合型有源電力濾波器原理圖三、加裝靜止無功補償裝快速變化的諧波源如:電弧爐、電力機車和卷揚機等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。如公司的，其工作原理與并聯(lián)型濾波器的相反，是在的諧振頻率產(chǎn)生高阻抗，而對非的其它頻率電流阻抗很小，其結果是大部分三次諧波電流被阻斷。當輸入的電壓和電流只有一方含有諧波時，雖然在電路中該次諧波的真實功率是零，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)隨機的或正或負的誤差。另外，諧波次數(shù)越高，諧波電流就越趨向表面，當頻率在以上(亦即7次諧波及以上)時，集膚效應將變?yōu)轱@著。在洗衣機、電風扇、空調(diào)器等有繞組的設備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。 電力諧波產(chǎn)生的原因在理想的情況下，優(yōu)質(zhì)的電力供應應該提供具有正弦波形的電壓。諧波實際上是一種干擾盆，使電網(wǎng)受到“污染”。然后對電力系統(tǒng)的諧波檢測進行了總結和討論，最后通過一個實際諧波檢測和抑制的例子闡述了諧波檢測和抑制的方法和意義。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。該方法利用多層前饋網(wǎng)絡的函數(shù)逼近能力，通過構造特殊的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡，建立了相應的諧波測量電路，并給出了電路的訓練算法和步驟，矩陣作為輸入，建立相應的測量電路，這種方法的自適應能力較強。由于此理論基于三相三線制電路，必須首先構建三相電路才能進行諧波測量。諧波測量一般包括三個步驟：信號預處理；諧波幅值和相位測量；，為諧波測量服務，以優(yōu)化測量性能，達到實際應用的目的。對電力系統(tǒng)諧波污染的抑制也已成為電工科學技術界所必須解決的問題。對電力系統(tǒng)這個環(huán)境來說，無諧波是“綠色”的主要標志之一。在學術上還有許多問題需要人們?nèi)パ芯拷鉀Q、在解決這些問題的同時，才能真正談其制定合適的法規(guī)或標準來限制和管理電力系統(tǒng)的諧波，并對其進行有效的抑制，這些問題可歸納為：如何從器件(如：變壓器和其它電磁路件、換流器、特別是各種電力電子器件等)的角度出發(fā)去分析和理解諧波產(chǎn)生的原因：如何利用先進的信號分析設備、數(shù)字儀器、智能儀表等對諧波的幅值和相位進行準確的測量；如何利用網(wǎng)絡分析方法對諧波分布進行分析，如何建立模型和進行數(shù)字仿真；如何從諧波角度去衡量電能的質(zhì)量。3 基于瞬時無功功率的諧波檢測與分析1989年，根據(jù)此理論可以得到瞬時有功功率和瞬時無功功率，將其分解為交流和直流，其交流部分對應于諧波電流，由此可以計算諧波分量。5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的諧波檢測與分析神經(jīng)網(wǎng)絡理論是最近發(fā)展起來十分熱門的交叉邊緣學科，它涉及了生物、電子、計算機、數(shù)學和物理等學科，有非常廣闊的應用前景，它的發(fā)展對未來的科學技術的發(fā)展將有重要的影響，神經(jīng)網(wǎng)絡就是采用物理可實現(xiàn)的系統(tǒng)來模仿人腦神經(jīng)網(wǎng)絡的結構和功能系統(tǒng)，它之所以受到人們的普遍關注，是由于它具有本質(zhì)的非線性特性、并行處理能力、強魯棒性以及自組織自學習的能力。有源電力濾波器的基本思想在六七十年代就已經(jīng)形成。小容量整流器，為了實現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù)，通常采用二極管加斬波的方式。不少國家和國際學術組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設備諧波的標準和規(guī)定。 （）式中 — 第次諧波電壓有效值(方均根值) 公用電網(wǎng)的電壓總畸變率應該被限制在之內(nèi)。其中主要是7次的諧波，平均可達基波的、最大可達。在集膚效應的作用下，變壓器和輸電線路的損耗占了大部分，所以諧波使電網(wǎng)網(wǎng)損增大。3 對功率表的影響測量有功功率大都采用電動系或鐵磁電動系功率表，它們有較好的頻率特性，作為監(jiān)測使用，一般能滿足要求。難以濾除頻率較低、幅度較大的畸變波。指令電流運算電路檢測出補償對象的電壓和電流后，發(fā)出補償信號，電流跟蹤控制電路接到此補償指令信號后并進行處理、放大，控制驅動電路工作，輸出受控的功率觸發(fā)信號驅動主電路產(chǎn)生補償電流，與負載電流中的諧波分量大小相等、方向相反，因而相互抵消，使電源電流中只含基波不含諧波，從而達到抑制諧波的目的。對抑制諧波有著重要的指導作用，是進行繼電保護、判斷故障點和故障類型等工作的重要前提。柵欄現(xiàn)象出現(xiàn)的原因為理想的傅立葉變換要求時域信號是無限長的，而在實際的諧波測量中只能對有限長度的采樣信號進行變換，這相當于對無限長的信號進行了截斷。這種方法實時性較好。即不消耗能量的功率，其瞬間功率最大值，稱為無功功率。某一相的瞬時有功電流和瞬時無功電流也可以分別成為該相瞬時電流的有功分量和無功分量。檢測諧波電流時，因被檢測對象中諧波的構成和采用濾波器的不同，會有不同的延時，但延時最多不超過一個電源周期。與 (或)算法相比，算法借助了構想的正、余弦函數(shù)，沒有直接使用系統(tǒng)電壓信息參與運算，當系統(tǒng)電壓波形畸變時，畸變成分在運算過程中不出現(xiàn)，檢測結果不受影響，因此本文采用了這種方法。 基于算法的諧波電流檢測方法的實現(xiàn) 正余弦函數(shù)的產(chǎn)生正余弦函數(shù)、可采用鎖相環(huán)加正余弦函數(shù)發(fā)生器的方法，也可采用查表的方法。由于的目的是獲取、中的直流分量，而的相位特性對直流量的檢測沒有任何影響，因此，在實際工程應用中，通常選用濾波器，而不選用濾波器。國內(nèi)外對這方面的研究都比較重視，在線諧波檢測的理論和應用正在不斷發(fā)展。 (5)MATLAB應用程序接口(API) 這是MATLAB為用戶提供的一個函數(shù)庫，使得用戶能夠在MATLAB環(huán)境中使用c程序或FORTRAN程序，包括從MATLAB中調(diào)用于程序(動態(tài)鏈接)，讀寫MAT文件的功能。 對于時間序列相似性匹配的方法我采用了，計算兩序列間的歐幾里德距離來計算它們的相似性，由于普通計算方法存在著一定得弊端，本課題對歐幾里德距離的計算方法做了改進，同時使用FFT變換，對變換后的傅里葉系數(shù)做截取，已達到壓縮數(shù)據(jù)的目的同時計算復頻域中的歐幾里德距離，提高程序的效率。MTALAB系統(tǒng)由五個主要部分組成，下面分別加以介紹。 （）由式（）可以看出，在 瞬時電壓取為與其同相位的單位正弦函數(shù)的情況下，與基波有功功率成比例而與基波無功功率成比例，也就是說，通過對的控制可以精確地控制基波有功功率，而對的控制可以精確地控制基波無功功率。這些分量使低通濾波器的輸出包含較大的紋波，因此要求低通濾波器具備很大的阻帶紋波衰減，這就需要加大低通濾波器的維數(shù)，也會影響到低通濾波器的響應時間和超調(diào)。當電網(wǎng)電壓對稱且無畸變時，算法可以迅速準確地檢測出電網(wǎng)電流中的諧波和無功分量。但是這種方法存在著設計難、誤差大、對系統(tǒng)頻率波動和電路元件參數(shù)十分敏感等很多缺點，因此極少被采用。瞬時無功功率理論的不足在于瞬時無功功率理論中，三相電路瞬時有功、無功功率的大小和電路本身的情況無關。定義1：三相電路瞬時有功電流，和瞬時無功電流分別為矢量在矢量及其法線上的投影。最后將闡述怎樣將三相瞬時無功功率理論用到諧波電流的檢測中。 () () () （)該方法可減少泄漏，有效地抑制諧波之間的干擾和雜波及