【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用pq法測(cè)量電網(wǎng)電壓畸變時(shí)的諧波會(huì)存在較大誤差。這2種方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱且無(wú)畸變時(shí)，各電流分量(基波正序無(wú)功分量、不對(duì)稱分量及高次諧波分量)的測(cè)量電路比較簡(jiǎn)單，并且延時(shí)小。雖然被測(cè)量的電流中諧波構(gòu)成和采用濾波器的不同，因而會(huì)有不同的延時(shí)，但延時(shí)最多不超過(guò)1個(gè)電源周期。如電網(wǎng)中最典型的諧波源——三相整流器，其檢測(cè)的延時(shí)約為1／6周期?？梢?，該方法具有很好的實(shí)時(shí)性，缺點(diǎn)是硬件多，花費(fèi)大。此理論是基于三相三線制電路。對(duì)于單相電路，必須首先將三相電路分解，基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的單相電路諧波測(cè)量框圖。仿真表明該方法是可行的，其檢測(cè)性能優(yōu)于以往的單相諧波電流的測(cè)量方法。瞬時(shí)無(wú)功功率理論解決了諧波和無(wú)功功率的瞬時(shí)檢測(cè)及不用儲(chǔ)能元件實(shí)現(xiàn)諧波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題，對(duì)治理諧波和研發(fā)無(wú)功補(bǔ)償裝置等起到了很大的推動(dòng)作用。4）傅里葉變換利用傅立葉變換可在數(shù)字域進(jìn)行諧波檢測(cè)，電力系統(tǒng)的諧波分析，目前大都是通過(guò)該方法實(shí)現(xiàn)的，離散傅立葉變換所需要處理的是經(jīng)過(guò)采樣和A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)，設(shè)待測(cè)信號(hào)為x(t)，采樣間隔為△t 秒，采樣頻率f=1/△t 滿足采樣定理，即f大于信號(hào)最高頻率分量的2 倍，則采樣信號(hào)為x(n△t)，并且采樣信號(hào)總是有限長(zhǎng)度的，即n=0，1……。這相當(dāng)于對(duì)無(wú)限長(zhǎng)的信號(hào)做了截?cái)?，因而造成了傅立葉變換的泄露現(xiàn)象，產(chǎn)生誤差。此外，對(duì)于離散傅立葉變換來(lái)說(shuō)，如果不是整數(shù)周期采樣，那么即使信號(hào)只含有單一頻率，離散傅立葉變換也不可能求出信號(hào)的準(zhǔn)確參數(shù)，因而出現(xiàn)柵欄效應(yīng)。通過(guò)加窗可以減小泄露現(xiàn)象的影響。5）小波分析法對(duì)于一般的諧波檢測(cè)，如電力部門出于管理而檢測(cè)，需要獲得的是各次諧波的含量，而對(duì)于諧波的時(shí)間則不關(guān)心，因此傅里葉變換就滿足要求。然而在對(duì)諧波電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制時(shí)，不必分解出各次諧波分量，只需檢測(cè)出除基波電流外的總畸變電流，但對(duì)出現(xiàn)諧波的時(shí)間感興趣，對(duì)此傅里葉變換無(wú)能為力。小波變換由于克服了傅里葉變換在頻域完全局部化而在時(shí)域完全無(wú)局部性的缺點(diǎn)，即它在時(shí)域和頻域同時(shí)具有局部性，因此通過(guò)小波變換對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行分析可獲得所對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息。本文將重點(diǎn)介紹基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波測(cè)量的檢測(cè)方法。三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論11隨后得到了廣泛深入的研究并逐步完善。該理論突破了傳統(tǒng)的平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時(shí)無(wú)功功率、瞬時(shí)有功功率等瞬時(shí)功率量。以該理論為基礎(chǔ)可以得出用于有源電力濾波器的諧波和無(wú)功電流實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。 瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論首先于1983年由赤木泰文提出，經(jīng)不斷研究并逐漸完 變換:實(shí)現(xiàn)了三相瞬時(shí)電壓，電流由靜態(tài)變換到旋轉(zhuǎn)的。正交坐標(biāo)變量作為分析基礎(chǔ)。設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為e、e、e和i、i、i們變換到兩相正交的坐標(biāo)系上進(jìn)行研究。 () ()C= 電壓、電流矢量圖，矢量e、e，和i、i分別可以合成電壓矢量e和電流矢量i（e、e，和i、i是e、i在軸的投影）e=e+e=e（） ；i=i+i=i （）式中e、i為矢量e、i的模。 、分別為矢量e、i的幅角。根據(jù)（)和（)引入瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率，有p=ei+ei （） ； p=eiei （） （）寫成矩陣形式把()()代入，可得p，q對(duì)于三相電壓、電流表達(dá)式p=ei+ei+ei （）從（）可以看出，三相電路的瞬時(shí)有功功率就是三相電路的有功功率；；； （） 瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流定義1:三相電路瞬時(shí)有功電流i和瞬時(shí)無(wú)功電流i分別為矢量i在矢量e及其法線上的投影。即:；i=icos （）； i=isin （）式中，=定義2:相的瞬時(shí)無(wú)功功率i、i(瞬時(shí)有功電流i、i)為三相電路瞬時(shí)無(wú)功電流i(瞬時(shí)有功電流i)，軸上的投影，即:（） 定義3:三相電路各相的瞬時(shí)無(wú)功電流i、i、i，(瞬時(shí)有功電流i、i、i)是兩相瞬時(shí)無(wú)功電流i、i(瞬時(shí)有功電流i、i)通過(guò)兩相到三相變換所得到的結(jié)果。即:()式中，C=C 基于瞬時(shí)無(wú)功功率的p、q檢測(cè)方法： p、q 檢測(cè)方法的原理圖該方法根據(jù)定義算出p、q，經(jīng)低通濾波器(LPF得到p、q的直流分量、。電網(wǎng)電壓波形無(wú)畸變時(shí)，為基波有功電流與電壓作用產(chǎn)生的， 為基波無(wú)功電流與電壓作用產(chǎn)生。于是，由、即可算出被檢測(cè)電流i、i、i的基波分量i，、i，、i。將i，、i，、i與i、i、i相減，即可得出i、i、i的諧波分量和基本無(wú)功分量之和。由于采用了低通濾波器(LPF)求取p、q，故當(dāng)被檢測(cè)電流發(fā)生變化時(shí)，需經(jīng)一定延遲時(shí)間才能得到準(zhǔn)確的p、q，從而使檢測(cè)結(jié)果有一定延時(shí)。但當(dāng)只檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)，則不需低通濾波器，而只需直接將q反變換即可得出無(wú)功電流，這樣就不存在延時(shí)了，得到的無(wú)功電流如下式所示: 基于瞬時(shí)無(wú)功功率的ip、iq檢測(cè)法基于分iq運(yùn)算方式的諧波電流檢測(cè)法是由西安交通大學(xué)王兆安教授在二十世紀(jì)九十年代提出的，該方法與基于p、q運(yùn)算方式相比更適合電流的快速檢測(cè)，即使當(dāng)電壓波形有畸變，也能準(zhǔn)確地檢測(cè)出全部諧波和無(wú)功電流。ip、： i、i檢測(cè)方法的原理圖： 該方法需要與a相電網(wǎng)電壓e同相位的正弦信號(hào)sin和對(duì)應(yīng)的余弦一cost，通過(guò)鎖相環(huán)（PLL)和正、余弦發(fā)生電流得到與電源電壓e。同相位的正弦信號(hào)和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)與i、i、i一起計(jì)算出基波有功電流和基波無(wú)功電流ip，iq。近而計(jì)算出i，、i，、ii=i—i，i=i—i，i=i—i （）在三相三線制電力系統(tǒng)中，若電流對(duì)稱但有畸變，即電網(wǎng)中含有諧波電流，設(shè)三相諧波電流分別為：i=i= （）i=N=3k士l，其中k為正整數(shù)，當(dāng)k=0時(shí)，n=1。C= 所以：式中:n=3k+l時(shí)取“一”；n=3k 1時(shí)取“+” 檢測(cè)示例(l)電網(wǎng)電壓波形無(wú)畸變時(shí)假設(shè)被檢測(cè)對(duì)象為全控橋式整流電路的交流側(cè)電流，并假設(shè)整流電路的直流側(cè)接電阻電感負(fù)載。當(dāng)電路的觸發(fā)延遲角為30度時(shí)，其它兩相的電壓和電流波形相同，但相位分別滯后120度和240度。 三相對(duì)稱且電網(wǎng)電壓為正炫時(shí)檢測(cè)方法的仿真波形 Simulation waveform of three phase symmetry sine voltage采用p、q運(yùn)算方式和ip一iq運(yùn)算方式檢測(cè)到的基波分量與的波形相同。采用p、q運(yùn)算方式和iPiq運(yùn)算方式檢測(cè)到的諧波分量的波形也相同。以上仿真結(jié)果表明，當(dāng)三相對(duì)稱且電網(wǎng)電壓為正弦時(shí)，采用p、q運(yùn)算方式和iP一iq運(yùn)算方式兩種方法得到了相同的檢測(cè)結(jié)果，即兩種方法均能準(zhǔn)確地檢測(cè)出所需的諧波電流分量。2)電網(wǎng)電壓波形有畸變時(shí)理想電網(wǎng)電壓波形應(yīng)為正弦波，但實(shí)際電網(wǎng)電壓波形由于不同的原因會(huì)有一定的畸變，而且這種畸變?cè)谝欢ㄏ薅纫詢?nèi)允許存在。根據(jù)的測(cè)量結(jié)果，電網(wǎng)電壓的總諧波畸變率平均已達(dá)到2%~3%，在波形畸變嚴(yán)重的時(shí)間段，其值更高。因此研究電網(wǎng)電壓波形畸變時(shí)對(duì)檢測(cè)方法的影響是很有意義的。當(dāng)電網(wǎng)電壓波形畸變時(shí)，兩種檢測(cè)方法將得到不同的結(jié)果。當(dāng)a、b、c三相電壓幅值不相等。采用p、。采用p、q運(yùn)算方式和ip一iq運(yùn)算方式檢測(cè)到的諧波分量、:由仿真結(jié)果可以看出，采用p、q運(yùn)算方式所得到的基波分量i是不準(zhǔn)確的。這樣采用p、q運(yùn)算方式所得到的諧波分量i也是不準(zhǔn)確的。這是采用p、q運(yùn)算方式的固有缺點(diǎn)。電力系統(tǒng)諧波抑制方面有源電力濾波器發(fā)展和應(yīng)用前景極其光明，本章對(duì)目前受關(guān)注的幾種諧波檢測(cè)方法，進(jìn)行了分析和比較，主要針對(duì)基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)方法p、q法和、法進(jìn)行了研究，這兩種方法都能準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)測(cè)量三相三線制對(duì)稱電路總諧波分量。但在電網(wǎng)畸變或不對(duì)稱時(shí):p、q檢測(cè)方法存在誤差，iq、iq檢測(cè)方法只取sin硯和一cos硯，畸變電壓的諧波成分在運(yùn)算過(guò)程中不出現(xiàn)，因而檢測(cè)結(jié)果不受影響，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。結(jié)論隨著各種產(chǎn)生諧波電流的電力電子設(shè)備、家用電器、非線性及沖擊性用電設(shè)備的不斷增加，構(gòu)成了電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量的主要污染，對(duì)電力系統(tǒng)的用電設(shè)備造成不良影響，甚至造成嚴(yán)重危害。電力諧波的定量計(jì)算，一方面方便用戶采取措施降低諧波影響，另一方面供電部門可以確定諧波源。對(duì)電力系統(tǒng)諧波的治理，需要電力部門和用戶共同參與。一方面，用戶需要電力部門公共電網(wǎng)電能質(zhì)量能確保用戶正常生產(chǎn)用電；另一方面，電力部門也要求用戶的生產(chǎn)用電不影響公共電網(wǎng)的正常供電，特別是對(duì)于一些會(huì)對(duì)公必電網(wǎng)電能質(zhì)量造成睡大影響的大型用戶，從源頭上進(jìn)行電能質(zhì)量的治理是必須的。本文介紹了諧波的概念及危害，詳細(xì)介紹了諧波產(chǎn)生的來(lái)源于，電力系統(tǒng)中的諧波來(lái)自電氣設(shè)備。也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。介紹了諧波的危害，包括對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行和用電設(shè)備的危害，還包括對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響。為了有效補(bǔ)償和一種負(fù)荷產(chǎn)生諧波電流，首先對(duì)諧波的成分有精確認(rèn)識(shí)，因而需要實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流中的諧波。本文著重介紹了基于三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波測(cè)量的理論。 進(jìn)而研究了電力系統(tǒng)諧波的抑制措施，消除或抑制諧波的對(duì)策,可以有效地減小諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，以消除和防止諧波的影響。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，隨著半導(dǎo)體器件制造水平的迅速發(fā)展，混合型濾波系統(tǒng)低成本的優(yōu)勢(shì)將逐漸消失，而串并聯(lián)APF由于其功能強(qiáng)大、性價(jià)比高，將是很有發(fā)展前途的有源濾波裝置。參考文獻(xiàn)[1] 羅安．電網(wǎng)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)及裝備[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2006[2] WAGER V E．Effects of Harmonics on Equipment[J]．IEEE Tram on PD，2000，8(2)：672．680．[3] 張直平．城市電網(wǎng)諧波手冊(cè)[M]．中國(guó)電力出版社，2003：23．54．[4] 王海濤，石剛，張慧琦．電力系統(tǒng)諧波分析[J]．黑龍江電力，2002，24(3)：239．242．[5] 張保會(huì)，尹項(xiàng)根．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2005.[6] 楊斌文，劉麗英，王文虎．電力系統(tǒng)中的諧波的危害與產(chǎn)生[J]．電氣時(shí)代，2002，2(2)：3031．[7] 王兆安，楊君．諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償(第二版)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[8] 林海雪，孫樹勤．電力網(wǎng)中的諧波[M]．北京：中國(guó)電力出版社，1998．[9] 吳競(jìng)呂．電力系統(tǒng)諧波[M]．北京：水利電力出版社，1988．[10] 張直平，李芬辰．城市電網(wǎng)諧波手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2001．2．[11] 章?。娏ο到y(tǒng)負(fù)荷模型與辨識(shí)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2007．[12] 陳冬紅．《電力系統(tǒng)諧波測(cè)量和分析方法研究》[D].附錄1隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及電力市場(chǎng)的開放，電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越引起廣關(guān)注。由于各種非線性負(fù)載(諧波源)應(yīng)用普及，產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重。諧波是目前電力系統(tǒng)中最普遍現(xiàn)象，是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)。電力系統(tǒng)諧波是電能質(zhì)量的重要參數(shù)之一，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大量的非線性負(fù)載和各種整流設(shè)備被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，使電網(wǎng)諧波含量大大增加，電能質(zhì)量下降。諧波給供電眾業(yè)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)了巨大影響。所以，抑制諧波污染、改善供電質(zhì)量成為迫切需要解決的問(wèn)題。因此，諧波及其抑制技術(shù)己成為國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的課題?！爸C波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析早在18世紀(jì)和19世紀(jì)就己奠定了良好的基礎(chǔ)。傅立葉等人提出的諧波分析方法至今仍在廣泛采用。電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)的20年代和30年代就引起人們的關(guān)注。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。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)表了大量電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的論文。，由于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種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，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國(guó)都對(duì)諧波問(wèn)題給予充分關(guān)注，定期召開有關(guān)諧波問(wèn)題的學(xué)術(shù)討論會(huì)。國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)和國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議都相繼組成了專門的工作組，制定包括供電系統(tǒng)、各項(xiàng)電力設(shè)備和用電設(shè)備以及家用電器在內(nèi)的諧波標(biāo)準(zhǔn)，并將諧波干擾問(wèn)題列入電磁兼容范圍內(nèi)。諧波的研究是很有意義的。首先是因?yàn)橹C波的危害十分嚴(yán)重，諧波可使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低。使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，對(duì)通信設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾等。諧波研究的意義，還在于其對(duì)電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。但是，電力電子裝置產(chǎn)生的諧波污染己經(jīng)成為阻礙電力電子技術(shù)發(fā)展的重大障礙，迫使電力電子領(lǐng)域的研究人員必須對(duì)諧波問(wèn)題進(jìn)行更為有效的研究。諧波研究的意義，還可以上升到治理環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境來(lái)考慮。對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)諧波就是“綠色”的主要標(biāo)志之一。因此消除諧波污染，己成為電力系統(tǒng)，尤其是電力電子技術(shù)中的一個(gè)重大課題。諧波研究及其抑制技術(shù)己日益成為人們關(guān)注的問(wèn)題.電力公司被迫經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)接近其熱穩(wěn)定性的限制和因主要障礙，例如環(huán)境，偏右的路和電力成本問(wèn)題傳輸網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容。對(duì)輸電線路和損失，以及成本在遇到困難的建設(shè)新輸電線路，往往會(huì)限制了可用傳輸容量。那里很多情況下，經(jīng)濟(jì)的能源或儲(chǔ)備共享是受限于傳輸能力和情況并非越來(lái)越好。此外，在放寬電力服務(wù)環(huán)境，是一個(gè)有效的電網(wǎng)至關(guān)重要的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，可靠的電力服務(wù)。近年來(lái)，更高的要求已被列入傳輸網(wǎng)絡(luò)及在需求增加將上升由于nonutility發(fā)電機(jī)和越來(lái)越多各公用事業(yè)自己競(jìng)爭(zhēng)加劇。日益增加的需求，長(zhǎng)期缺乏規(guī)劃，以