【正文】 時(shí)，由于磁電作用使電流偏向一邊的特性，稱為“鄰近效應(yīng)”)，在繞組中引起附加銅耗，同時(shí)也使鐵耗相應(yīng)增加，其附加損耗可用下式表示： （）式中：為通過(guò)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(yīng)和鄰近效應(yīng)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(kāi)方。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，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(duì)于電壓型整流器，需要通過(guò)電抗器與電源相連。目前，諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)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(shí)域完全無(wú)局部性的缺點(diǎn)，即它在頻域和時(shí)域同時(shí)具有局部性。模擬信號(hào)經(jīng)采樣，離散化為數(shù)字序列信號(hào)后，經(jīng)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行諧波分析和計(jì)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(duì)諧波進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)和分析等，各種分析計(jì)算結(jié)果可在屏幕上顯示或按需要打印輸出。同時(shí)，電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題己經(jīng)受到了世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)、行政管理部門的重視，不少國(guó)家已先后制定了限制電力系統(tǒng)諧波的標(biāo)準(zhǔn)，其中也包括一些限制和管理措施。70年代以來(lái)，由于電子技術(shù)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(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危益嚴(yán)重。據(jù)我國(guó)電力科學(xué)院系統(tǒng)研究所對(duì)西南、西北、華中、華北等地區(qū)重點(diǎn)電網(wǎng)測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，我國(guó)電網(wǎng)的諧波污染已很嚴(yán)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(cè)電流相減得到諧波分量。針對(duì)此方法的缺點(diǎn)，有學(xué)者提出一種能適用于任意非正弦、非對(duì)稱三相電路的基于坐標(biāo)系下廣義瞬時(shí)無(wú)功功率的新理論的測(cè)量方法。裝設(shè)諧波補(bǔ)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(shù)。 在第四章中，運(yùn)用所介紹的理論和方法，采用瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ipiq算法，并借助MATLAB進(jìn)行了仿真模型，并最后給出仿真結(jié)果，驗(yàn)證了該方法的有效性和結(jié)論的正確性。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 ()、微分()和積分()關(guān)系，仍為同頻率的正弦波。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。1 對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響諧波電壓或電流會(huì)在電機(jī)的定子繞組、轉(zhuǎn)子回路以及定子和轉(zhuǎn)子鐵心中引起附加損耗。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波的頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時(shí)，會(huì)激勵(lì)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(guò)程中產(chǎn)生的電磁噪聲 ()會(huì)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(hù)裝置動(dòng)作失誤，影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全。因而隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器?？刹扇〈?lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M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(duì)諧波的放大。因?yàn)橹笖?shù)函數(shù)組，（)是一個(gè)完備的正交函數(shù)，所以一個(gè)周期函數(shù)也可由指數(shù)函數(shù)的線性結(jié)合來(lái)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(xiàng)系數(shù)為:， ()將上式與()式比較可得第次諧波項(xiàng) ， ()式中：和為實(shí)數(shù)；和一般為復(fù)數(shù)如令，則 ()將式代入式()可得： ， () ， ()式（）中第次諧波為： ()由此可見(jiàn)，傅立葉級(jí)數(shù)三角函數(shù)形式和指數(shù)形式即是不同類型的級(jí)數(shù)，又是對(duì)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(cè)量到各次諧波電壓和電流的幅值及相位 ()式中為信號(hào)周期； 為采樣周期； 采樣頻率； 為信號(hào)頻率；為正整數(shù)?；趶V義瞬時(shí)無(wú)功功率理論與瞬時(shí)無(wú)功功率理論一樣，在解決諧波總量實(shí)時(shí)檢測(cè)方面比較方便，而對(duì)各次諧波檢測(cè)則達(dá)不到要求。由下面的變換可以得到兩相瞬時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流和。且其值和按傳統(tǒng)理論算出的有功功率和無(wú)功功率完全相同.把式()、式()代入式()中可以得相的瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流: ()比較上式和式()可以看出，相的瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的表達(dá)式與傳統(tǒng)功率理論中相電流的有功分量和無(wú)功分量的瞬時(shí)值表達(dá)式完全相同。因此，瞬時(shí)無(wú)功功率理論包容了傳統(tǒng)的無(wú)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(wú)功電流。設(shè)單相瞬時(shí)電壓和單相瞬時(shí)電流分別為 （） （）為了降低檢測(cè)方法的計(jì)算量，省去算法中的三相至兩相坐標(biāo)變換，直接求三相坐標(biāo)系下的瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流。在美國(guó)的一些大學(xué)里，MATLAB正在成為對(duì)數(shù)值線性代數(shù)以及其他一些高等應(yīng)用數(shù)學(xué)課程進(jìn)行輔助教學(xué)的有益工具。程序見(jiàn)附錄。用戶可以根據(jù)自己的工作任務(wù)，開(kāi)發(fā)自己的工具箱。MATLAB集中了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計(jì)算、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形生成等功能。 一種改進(jìn)的諧波和基波檢測(cè)方法由于算法具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此算法在工程應(yīng)用的許多方面都得到了成功的應(yīng)用。查表法是從軟件上實(shí)現(xiàn)的，即事先按預(yù)定的采樣頻率，對(duì)正弦和余弦函數(shù)建表，存儲(chǔ)在微處理器的程序存儲(chǔ)器中，在新的采樣時(shí)刻帶來(lái)之前，計(jì)算準(zhǔn)備好要用到的正余弦值。因此，經(jīng)過(guò)矩陣的逆變換后，即可以由、計(jì)算出被檢測(cè)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(shí)有功功率就是三相電路的瞬時(shí)功率。而瞬時(shí)無(wú)功理論中的概念，都是在瞬時(shí)值的基礎(chǔ)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(guò)渡過(guò)程的情況。換句話說(shuō)，無(wú)功功率是電源與磁場(chǎng)、電源與電場(chǎng)或者磁場(chǎng)與電場(chǎng)之間，按雙倍頻率進(jìn)行交換而無(wú)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(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗以減少泄漏，進(jìn)一步提高各參數(shù)的計(jì)算精度以減少柵極效應(yīng)帶來(lái)的誤差。泄漏誤差來(lái)自兩方面，一是信號(hào)負(fù)頻分量引入的長(zhǎng)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(cè)與分析方法機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次多，各個(gè)單元、部件間互相關(guān)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(wú)功補(bǔ)償裝快速變化的諧波源如:電弧爐、電力機(jī)車和卷?yè)P(yáng)機(jī)等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會(huì)引起供電電壓的波動(dòng)和閃變，有的還會(huì)造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴(yán)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(duì)非的其它頻率電流阻抗很小，其結(jié)果是大部分三次諧波電流被阻斷。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。另外，諧波次數(shù)越高，諧波電流就越趨向表面，當(dāng)頻率在以上(亦即7次諧波及以上)時(shí)，集膚效應(yīng)將變?yōu)轱@著。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)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(yīng)應(yīng)該提供具有正弦波形的電壓。諧波實(shí)際上是一種干擾盆，使電網(wǎng)受到“污染”。然后對(duì)電力系統(tǒng)的諧波檢測(cè)進(jìn)行了總結(jié)和討論，最后通過(guò)一個(gè)實(shí)際諧波檢測(cè)和抑制的例子闡述了諧波檢測(cè)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(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，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)。由于此理論基于三相三線制電路，必須首先構(gòu)建三相電路才能進(jìn)行諧波測(cè)量。諧波測(cè)量一般包括三個(gè)步驟：信號(hào)預(yù)處理；諧波幅值和相位測(cè)量；，為諧波測(cè)量服務(wù)，以優(yōu)化測(cè)量性能，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的。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。對(duì)電力系統(tǒng)這個(gè)環(huán)境來(lái)說(shuō)，無(wú)諧波是“綠色”的主要標(biāo)志之一。在學(xué)術(shù)上還有許多問(wèn)題需要人們?nèi)パ芯拷鉀Q、在解決這些問(wèn)題的同時(shí)，才能真正談其制定合適的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)來(lái)限制和管理電力系統(tǒng)的諧波，并對(duì)其進(jìn)行有效的抑制，這些問(wèn)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(jìn)的信號(hào)分析設(shè)備、數(shù)字儀器、智能儀表等對(duì)諧波的幅值和相位進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量；如何利用網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)諧波分布進(jìn)行分析，如何建立模型和進(jìn)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(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)與分析1989年，根據(jù)此理論可以得到瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率，將其分解為交流和直流，其交流部分對(duì)應(yīng)于諧波電流，由此可以計(jì)算諧波分量。5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測(cè)與分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是最近發(fā)展起來(lái)十分熱門的交叉邊緣學(xué)科，它涉及了生物、電子、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)和物理等學(xué)科，有非常廣闊的應(yīng)用前景，它的發(fā)展對(duì)未來(lái)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將有重要的影響，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是采用物理可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)來(lái)模仿人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能系統(tǒng)，它之所以受到人們的普遍關(guān)注，是由于它具有本質(zhì)的非線性特性、并行處理能力、強(qiáng)魯棒性以及自組織自學(xué)習(xí)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(shí)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(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。 （）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(yīng)該被限制在之內(nèi)。其中主要是7次的諧波，平均可達(dá)基波的、最大可達(dá)。在集膚效應(yīng)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(duì)功率表的影響測(cè)量有功功率大都采用電動(dòng)系或鐵磁電動(dòng)系功率表，它們有較好的頻率特性，作為監(jiān)測(cè)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(yùn)算電路檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流后，發(fā)出補(bǔ)償信號(hào)，電流跟蹤控制電路接到此補(bǔ)償指令信號(hào)后并進(jìn)行處理、放大，控制驅(qū)動(dòng)電路工作，輸出受控的功率觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)主電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流，與負(fù)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(dá)到抑制諧波的目的。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。柵欄現(xiàn)象出現(xiàn)的原因?yàn)槔硐氲母盗⑷~變換要求時(shí)域信號(hào)是無(wú)限長(zhǎng)的，而在實(shí)際的諧波測(cè)量中只能對(duì)有限長(zhǎng)度的采樣信號(hào)進(jìn)行變換，這相當(dāng)于對(duì)無(wú)限長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行了截?cái)唷＿@種方法實(shí)時(shí)性較好。即不消耗能量的功率，其瞬間功率最大值，稱為無(wú)功功率。某一相的瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流也可以分別成為該相瞬時(shí)電流的有功分量和無(wú)功分量。檢測(cè)諧波電流時(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)，但延時(shí)最多不超過(guò)一個(gè)電源周期。與 (或)算法相比，算法借助了構(gòu)想的正、余弦函數(shù)，沒(méi)有直接使用系統(tǒng)電壓信息參與運(yùn)算，當(dāng)系統(tǒng)電壓波形畸變時(shí)，畸變成分在運(yùn)算過(guò)程中不出現(xiàn)，檢測(cè)結(jié)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(cè)方法的實(shí)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(duì)直流量的檢測(cè)沒(méi)有任何影響，因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常選用濾波器，而不選用濾波器。國(guó)內(nèi)外對(duì)這方面的研究都比較重視，在線諧波檢測(cè)的理論和應(yīng)用正在不斷發(fā)展。 (5)MATLAB應(yīng)用程序接口(API) 這是MATLAB為用戶提供的一個(gè)函數(shù)庫(kù)，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(dòng)態(tài)鏈接)，讀寫(xiě)MAT文件的功能。 對(duì)于時(shí)間序列相似性匹配的方法我采用了，計(jì)算兩序列間的歐幾里德距離來(lái)計(jì)算它們的相似性，由于普通計(jì)算方法存在著一定得弊端，本課題對(duì)歐幾里德距離的計(jì)算方法做了改進(jìn)，同時(shí)使用FFT變換，對(duì)變換后的傅里葉系數(shù)做截取，已達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的同時(shí)計(jì)算復(fù)頻域中的歐幾里德距離，提高程序的效率。MTALAB系統(tǒng)由五個(gè)主要部分組成，下面分別加以介紹。 （）由式（）可以看出，在 瞬時(shí)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(wú)功功率成比例，也就是說(shuō)，通過(guò)對(duì)的控制可以精確地控制基波有功功率，而對(duì)的控制可以精確地控制基波無(wú)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(huì)影響到低通濾波器的響應(yīng)時(shí)間和超調(diào)。當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱且無(wú)畸變時(shí)，算法可以迅速準(zhǔn)確地檢測(cè)出電網(wǎng)電流中的諧波和無(wú)功分量。但是這種方法存在著設(shè)計(jì)難、誤差大、對(duì)系統(tǒng)頻率波動(dòng)和電路元件參數(shù)十分敏感等很多缺點(diǎn)，因此極少被采用。瞬時(shí)無(wú)功功率理論的不足在于瞬時(shí)無(wú)功功率理論中，三相電路瞬時(shí)有功、無(wú)功功率的大小和電路本身的情況無(wú)關(guān)。定義1：三相電路瞬時(shí)有功電流，和瞬時(shí)無(wú)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(shí)無(wú)功功率理論用到諧波電流的檢測(cè)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