【文章內(nèi)容簡介】 在3～5％之內(nèi)。當(dāng)電力系統(tǒng)中存在具有非線性的用電設(shè)備時，即使給這些設(shè)備供給理想的正弦波電壓，它取用的電流也是非正弦的，即有諧波電流存在．為了提高電能質(zhì)量，對諧波進行綜合治理，防止諧波危害，就是要把諧波含有率和諧波的總畸變率限制到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。諧波造成電網(wǎng)的污染，正弦電壓波形的畸變，使得電力系統(tǒng)的供用電設(shè)備出現(xiàn)了許多異常的現(xiàn)象和故障，諧波的污染日趨嚴(yán)重。產(chǎn)生諧波的原因有很多，隨著人們對諧波的研究越來越深奧，也越來越多的發(fā)現(xiàn)，對于諧波給我們帶來的危害我們要給予有效的抑制。 諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)荷的非線性特性，即所加的電壓與產(chǎn)生的電流不成線性（正比）關(guān)系而造成的波形畸變。產(chǎn)生諧波的主要原因有兩方面：一方面是來自用戶的非線性負(fù)荷；另一方面是來自系統(tǒng)的影響。首先來自用戶的非線性負(fù)荷可以解釋為，非線性用電設(shè)備是產(chǎn)生諧波的主要原因，由于非線性設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)注入到系統(tǒng)電源中，發(fā)生畸變的電流流經(jīng)系統(tǒng)阻抗時使母線電壓發(fā)生畸變，使電能質(zhì)量受到污染。然后在來自系統(tǒng)的影響中：一是，系統(tǒng)中的交流發(fā)電機的定子和轉(zhuǎn)子間存在著氣隙，由于受到鐵芯齒、槽或工藝的影響，分布不均勻，雖然說各相電勢的波形是對稱的，但是三相電勢中也會含有一定數(shù)量奇次諧波。二是，系統(tǒng)電網(wǎng)中含有大量變壓器的勵磁電流都含有奇次諧波的成分，當(dāng)變壓器空載或過勵磁的狀態(tài)時會更為嚴(yán)重，并構(gòu)成了主要的穩(wěn)定性諧波源；三是，當(dāng)電網(wǎng)中投入空載變壓器或電容器時，其合閘涌流注入電網(wǎng)也會形成突發(fā)性的諧波源。電網(wǎng)中作用在同一線路上的不同頻率的正弦電勢，使得電路中的電流成為各個不同頻率電流分量的疊加值，這樣就形成了諧波電流。(1) 影響線路的穩(wěn)定運行 由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨頻率的升高而增加。在集膚效應(yīng)的作用下，使導(dǎo)體對諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗，使導(dǎo)體發(fā)熱，破壞絕緣，嚴(yán)重會造成短路，甚至?xí)鸹馂?zāi)。另外，由于輸電線路存在分布的線路電感和對地電容及無功電容等電感和電容，當(dāng)它們與系統(tǒng)母線側(cè)組成串聯(lián)回路或并聯(lián)回路時，可能會發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，從而導(dǎo)致在線路中產(chǎn)生很高的諧振電壓，嚴(yán)重時會使電力系統(tǒng)或用電設(shè)備的絕緣擊穿，因此而造成惡性事故。供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器一般都采用電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器或晶體管繼電器對其進行檢測保護。諧波會使電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器和晶體管繼電器誤動或拒動，這樣嚴(yán)重威脅了供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定及安全運行。 (2) 影響電網(wǎng)的質(zhì)量 電網(wǎng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變。而且同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電網(wǎng)電壓。在民用配電系統(tǒng)中的中性線，如計算機等一類負(fù)載，會產(chǎn)生大量的奇次諧波；在三相配電線路中，相線上的3的整數(shù)倍諧波會在中性線上疊加，這樣中性線上的電流值可能就超過相線上的電流。電力設(shè)備主要包括電力電容器、電力變壓器和電力電纜，諧波對它們的危害也很大。當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時，投入電容器后其端電壓增大，通過電容器的電流會增加得更大，電容器損耗功率也會增加，會導(dǎo)致電容器異常發(fā)熱，在電場和溫度的作用下使得絕緣介質(zhì)加速老化，影響電容器的使用壽命，嚴(yán)重時會引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸。同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中形成電力諧波諧振，使電網(wǎng)的諧波加劇，出現(xiàn)諧波被擴大的現(xiàn)象，危害更大。同時，由于諧波電壓的存在增加了電力變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度，由于諧波電流的存在還增加了銅損，也會大大增加非對稱性負(fù)荷的變壓器勵磁電流的諧波分量,因此減少變壓器的實際使用容量。與此同時，諧波使變壓器噪聲增大，甚至?xí)霈F(xiàn)金屬聲。同時諧波對電力測量影響也較大。在目前，采用的電力測量儀表中有磁電型和感應(yīng)型，它們受諧波的影響較大，尤其是電能表，當(dāng)諧波較大時將產(chǎn)生計量混亂，測量不準(zhǔn)確。由于電網(wǎng)中的諧波電壓和電流會對電網(wǎng)本身和用電設(shè)備造成很大的危害，所以必須限制諧波電流流入電網(wǎng)和將諧波電壓控制在允許的范圍內(nèi)，為了保證供電質(zhì)量。世界許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的標(biāo)準(zhǔn)，或者由權(quán)威機構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。各級電網(wǎng)的諧波水平一般用諧波電壓含有率或諧波畸變率來反映。很多國家對諧波制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，一些國家的電壓總諧波畸變率的大致范圍為：低壓電網(wǎng)(1kV),一般5%,個別3%、7%； 中壓電網(wǎng)(24~77kV),一般2%~5%,個別6%； 高壓電網(wǎng)(84kV及以上)，一般1%~%，個別2%~5%。下表（212）是公用電網(wǎng)諧波電流（相電流）限值:表212電網(wǎng)中諧波電流的限制電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓（kv）電流總諧波畸變率 （%）各次諧波電壓總含有率（%）畸次偶次 110本章對電網(wǎng)諧波的基本概念、數(shù)學(xué)表達(dá)式、諧波來源及危害進行了討論，研究了電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因。還對衡量諧波的主要指標(biāo)做了分析，為了更理解諧波對諧波的相關(guān)問題進行細(xì)致的分析。為進行電網(wǎng)諧波的分析及檢測和抑制奠定了基礎(chǔ)，進一步引出諧波電流檢測的分析。第三章 基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測方法諧波檢測是諧波抑制中的關(guān)鍵技術(shù), 目前工業(yè)上廣泛采用基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法。 本章首先介紹了基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測。電網(wǎng)電壓或電流中含有諧波或不對稱分量時功率現(xiàn)象比較復(fù)雜，傳統(tǒng)功率理論很難做出正確的解釋。1983年由赤木泰文（Akagi）提出了三相瞬時無功功率理論，此后該理論不斷被研究并逐漸完善[10]。該理論是將三相電路的各相電壓和電流的瞬時值、和、變換到、兩相正交的坐標(biāo)系上進行研究 （31） （32）式子：由下面的平面的電壓、電流矢量關(guān)系可以進一步研究： EMBED 圖31 坐標(biāo)系中電壓、電流矢量定義三相電路瞬時有功功率、瞬時無功功率，由坐標(biāo)系矢量圖得到： （33） （34）將其寫成矩陣的形式： （35）式子：在電流檢測中的空間矢量法主要有涉及到有Clark變換與Park變換[11]，下面我們針對它們之間的變換關(guān)系進行分析。如圖321所示，取軸和軸重合，在同一平面上繪制和兩個坐標(biāo)系。設(shè)三相繞組每相有效匝數(shù)為，兩相繞組每相有效匝數(shù)為，各相磁動勢為有效匝數(shù)與電流的乘積，其空間矢量均位于相關(guān)相的坐標(biāo)軸上。由于交流磁動勢的大小隨時間在變化著，下圖中磁動勢矢量的長度是任意的。 O圖32 變換空間矢量圖設(shè)磁動勢波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動勢與兩相總磁動勢相等時，兩繞組瞬時磁動勢在α、β軸上的投影都應(yīng)該相等，由此可得 （36）式中，為三相坐標(biāo)變換到兩相坐標(biāo)系的系數(shù)。考慮到變換前后總功率不變，在這個前提下，可以證明得到，匝數(shù)比應(yīng)為。 如果要從坐標(biāo)系變換到坐標(biāo)系，則需要一個條件，就是無中線或無零序電流時三相電流關(guān)系。根據(jù)圖321及三相電路關(guān)系可得： （37） 關(guān)于變換，早在1923年布隆代爾便提出分析交流電機耦合振蕩的雙反應(yīng)方法，1929年帕克在此基礎(chǔ)上提出坐標(biāo)系統(tǒng)表示同步電機基本方程，變換即為著名的Park變換。 為靜止坐標(biāo)系，為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，當(dāng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)角度為零時，則，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就變?yōu)殪o止的坐標(biāo)系了，即變換是變換當(dāng)（=0）時的特例。如圖322所示，兩相交流電流、和兩個直流電流、產(chǎn)生相同的以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的合成磁動勢。由于各繞組匝數(shù)都相等，可以消去磁動勢中的匝數(shù)，直接用電流表示則可以標(biāo)成。圖33 、和坐標(biāo)系空間矢量 、軸和矢量都以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，分量、的長短不變，相當(dāng)于、繞組的直流磁動勢。但是、軸是靜止的，軸與軸的夾角隨時間而變化，因此在、軸上的分量的長短也隨時間變化，相當(dāng)于繞組交流磁動勢的瞬時值。由圖可見，、和、之間存在以下的關(guān)系： （38）當(dāng)存在零序電流時，所以可得到系變換到系的變換式為： （39） 諧波檢測是諧波問題的重要分支，下面我們將對檢測的方法進行分析比較：（1）模擬濾波器 采用模擬濾波器的優(yōu)點是原理和實現(xiàn)電路簡單、造價低、輸出阻抗低和品質(zhì)因數(shù)易于控制，且能濾除一些固有頻率的諧波。模擬濾波器是早期的一種諧波檢測方法。下圖321為模擬并行濾波式諧波檢測裝置框圖。圖中輸入信號經(jīng)放大后被送入一組并行聯(lián)結(jié)的帶通濾波器，濾波器的中心頻率是固定不變化的，為，…，（是工頻的整數(shù)倍）。 圖34 模擬濾波器該方法的缺點：實現(xiàn)電路的濾波中心頻率（，…，）對元件的參數(shù)很敏感，且受外界環(huán)境的影響很大，所以很難獲得理想的幅頻特性和相頻特性；檢測的諧波中含有較多的基波分量使得檢測精度較低；當(dāng)需要檢測多次諧波時，電路變得復(fù)雜，設(shè)計起來很大難度；這種方法存在很大的不足，現(xiàn)如今已很少采用這種檢測方法。（2）基于傅立葉變換的諧波檢測與分析方法 又叫做頻率分析方法，該方法檢測精度高、實現(xiàn)簡單、功能多而且實用很方便，在諧波檢測方面的應(yīng)用最多也最廣泛的一種方法。這種方法是由離散傅立葉變換過渡到快速傅立葉變換的基本理論構(gòu)成的。但是這種方法也有缺點，實際采樣不是同步的，從而造成了頻譜泄漏誤差較大，導(dǎo)致測量誤差很大，要考慮使頻譜泄漏減小的方法。隨著電力系統(tǒng)諧波檢測要求的提高及新的諧波檢測方法日益成熟，該方法已經(jīng)不是很廣泛的被應(yīng)用了。 （3）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測方法 該方法的應(yīng)用優(yōu)點可以說是學(xué)習(xí)起來簡單，可以自學(xué)，可以不用計算補償電流的，避免了