【正文】 采用p、q運算方式和ip一iq運算方式檢測到的基波分量與的波形相同。C= 所以：式中:n=3k+l時取“一”；n=3k 1時取“+” 檢測示例(l)電網(wǎng)電壓波形無畸變時假設被檢測對象為全控橋式整流電路的交流側電流，并假設整流電路的直流側接電阻電感負載。這兩個信號與i、i、i一起計算出基波有功電流和基波無功電流ip，iq。ip、： i、i檢測方法的原理圖： 該方法需要與a相電網(wǎng)電壓e同相位的正弦信號sin和對應的余弦一cost，通過鎖相環(huán)（PLL)和正、余弦發(fā)生電流得到與電源電壓e。由于采用了低通濾波器(LPF)求取p、q，故當被檢測電流發(fā)生變化時，需經(jīng)一定延遲時間才能得到準確的p、q，從而使檢測結果有一定延時。于是，由、即可算出被檢測電流i、i、i的基波分量i，、i，、i。即:()式中，C=C 基于瞬時無功功率的p、q檢測方法： p、q 檢測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、。根據(jù)（)和（)引入瞬時有功功率和瞬時無功功率，有p=ei+ei （） ； p=eiei （） （）寫成矩陣形式把()()代入，可得p，q對于三相電壓、電流表達式p=ei+ei+ei （）從（）可以看出，三相電路的瞬時有功功率就是三相電路的有功功率；；； （） 瞬時有功電流和瞬時無功電流定義1:三相電路瞬時有功電流i和瞬時無功電流i分別為矢量i在矢量e及其法線上的投影。 () ()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。正交坐標變量作為分析基礎。以該理論為基礎可以得出用于有源電力濾波器的諧波和無功電流實時檢測方法。三相電路瞬時無功功率理論11，隨后得到了廣泛深入的研究并逐步完善。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域完全無局部性的缺點，即它在時域和頻域同時具有局部性，因此通過小波變換對諧波信號進行分析可獲得所對應的時間信息。5）小波分析法對于一般的諧波檢測，如電力部門出于管理而檢測，需要獲得的是各次諧波的含量，而對于諧波的時間則不關心，因此傅里葉變換就滿足要求。此外，對于離散傅立葉變換來說，如果不是整數(shù)周期采樣，那么即使信號只含有單一頻率，離散傅立葉變換也不可能求出信號的準確參數(shù)，因而出現(xiàn)柵欄效應。4）傅里葉變換利用傅立葉變換可在數(shù)字域進行諧波檢測，電力系統(tǒng)的諧波分析，目前大都是通過該方法實現(xiàn)的，離散傅立葉變換所需要處理的是經(jīng)過采樣和A/D 轉換得到的數(shù)字信號，設待測信號為x(t)，采樣間隔為△t 秒，采樣頻率f=1/△t 滿足采樣定理，即f大于信號最高頻率分量的2 倍，則采樣信號為x(n△t)，并且采樣信號總是有限長度的，即n=0，1……。仿真表明該方法是可行的，其檢測性能優(yōu)于以往的單相諧波電流的測量方法。此理論是基于三相三線制電路。如電網(wǎng)中最典型的諧波源——三相整流器，其檢測的延時約為1／6周期。這2種方法的優(yōu)點是當電網(wǎng)電壓對稱且無畸變時，各電流分量(基波正序無功分量、不對稱分量及高次諧波分量)的測量電路比較簡單，并且延時小。i一i法適用范圍廣，不僅在電網(wǎng)電壓畸變時適用，在電網(wǎng)電壓不對稱時也同樣有效。3）瞬時功率矢量法1984年，并在此基礎上提出了2種諧波電流的檢測方法：pq法和ii法。量。2）帶通選頻法和FFT變換法帶通選頻方法采用多個窄帶濾波器，逐次選出各次諧波分量，基本原理如圖1所示:：基本原理圖利用FFT變換來檢測電力諧波是一種以數(shù)字信號處理為基礎的測量方法，其基本過程是對待測信號(電壓或電流)進行采樣，經(jīng)A／D轉換，再用計算機進行傅里葉變換，得到各次諧波的幅值和相位系數(shù)。第3章 電力系統(tǒng)諧波的檢測1）帶阻濾波法這是一種最為簡單的諧波電流檢測方法，其基本原理是設計一個低阻濾波器，將基波分量濾除，從而獲得總的諧波電流量。通過對諧波源諧波產(chǎn)生機理的定性分析產(chǎn)生的諧波進行測量和定量計算打下了基礎。 本章小結本章對電力系統(tǒng)諧波作了簡單扼要的介紹和分析，介紹了基本的定義及表達式，從而分析出諧波產(chǎn)生的原因。 對其通信系統(tǒng)的影響諧波對通信線路的干擾，不但可以損害通話的清晰度，由于諧波和基波的綜合作用，曾有多次觸發(fā)電話響起的記載，在極端情況下會威脅通信設備和人員的安全。對于電磁接角器來說，諧波電流使磁體部件溫升增大，影響接點，線圈溫度升高使額定電流降低。由此可知，上述三種配電斷路器都可能因諧波產(chǎn)生。這樣受害的用戶既從系統(tǒng)中吸收基波功率，又從諧波源吸收無用的諧波功率，其后果是諧波源負荷用戶少付電費，而受害的用戶多付電費:給供電部門或電力用戶帶來直接的經(jīng)濟損失。造成電能計量的誤差。特別是在發(fā)生諧振的情況下，很小的諧波電壓就會引起的諧波電流，導致電容器因過流而損。器溫升每上升8℃，壽命縮短1/2。一般來說，電壓升高10%，電容器壽命縮短1/2。國內(nèi)外電網(wǎng)運行經(jīng)驗表明:受諧波影響而導致的電氣設備損壞中電容器占有最大比例。據(jù)有關資料介紹，諧波的影響將使電纜的使用壽命平均下降約60%。對于架空線路而言，電暈的產(chǎn)生和電壓峰值有關，雖然電壓基波未超過規(guī)定值，但由于諧波的存在，當諧波電壓與基波電壓峰值重合時，其電壓峰值可能超過允許值而產(chǎn)生電暈，引起電暈，損耗增加。增加了輸電線路的損耗，縮短了輸電線壽命。電纜中的諧波電流會產(chǎn)生熱損，使電纜介損、溫升增大，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費。 對線路的危害諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗。諧波會大大增加電力變壓器的銅耗和鐵耗，降低變壓器的有效出力，諧波導致的噪聲會使變電所的噪聲污染指數(shù)超標，影響工作人員的身心健康。諧波電流除了引起變壓器繞組附加發(fā)熱外，對外殼、外層的鋼片和某些緊固零件引起發(fā)熱，甚至會引起嚴重的局部過熱。當直流電流、低頻電流地電流流入變壓器繞組時，變壓器產(chǎn)生嚴重磁飽和，使其中的諧波電流增大，以致威脅設備本身和電網(wǎng)的安全運行。折算公式為：式中U為等價基波負序電壓；為第h次諧波電壓；m為系數(shù)，且m≤1。由于感應電動機的負載般都是固定連接的，在受到諧波影響時，不能臨時降低負載來避免異常過熱和縮短壽命，在確定允許的諧波電壓時，應使絕大多數(shù)電動機在諧波電壓下不至過分增大消耗壽命的速度。(2)對感應電動機的影響感應電動機由于轉子導線尺寸比定子導線的尺寸大得多，所以隨著電流頻率的上升，轉子電阻的增加比定子電阻的增加更快。諧波電流對隱極式同步電機的定子零部件，也能引起嚴重問題，甚至構成制約條件。高次諧波電流在發(fā)電機定子中同樣有集膚效應。因此，同步電機的轉子就分別感應出(h1)和(h+1)次諧波電流。 電力系統(tǒng)諧波的危害 對電機的危害(1)對同步電機的影響：定子繞組為星形接法的旋轉電機接受的高次諧波電流通常只含有正序和負序分量。洗衣機、電風扇、空調等有繞組的設備中，因為不平衡電流的變化也能使波形改變。變頻裝置常用于風機、水泵、電梯等設備中，由于采用了移相控制，諧波成分很復雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分數(shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調速的發(fā)展，對電力系統(tǒng)造成的諧波就越來越多。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，所以給電網(wǎng)帶來的是另一部分的缺角正弦波，顯然留下部分中含有大量的諧波。非線性用電沒備是主要的諧波源，非線性用電設備主要有以下四大類：第一，電弧加熱設備：如電弧爐、電焊機等；第二，交流整流的直流用電設備：如電力機車、電解、電鍍等；第三，交流整流再逆變用電沒備：如變頻調速、變頻空調等；第四，開關電源設備：如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。所以發(fā)電、變電設備產(chǎn)生的諧波分量鄙比較小，比圍家的考核標準低的多，因此發(fā)電、變電設備不是影響電網(wǎng)電壓渡形方面質量的主要矛盾。由于電網(wǎng)電壓偏移在177。當發(fā)電機的端電壓高于額定電壓的10％以上時，由于電機的磁飽和．會使電壓的三次諧波明顯增加。對于諧波分量而言。隱極機多用于汽輪發(fā)電機。由于發(fā)電機的轉子產(chǎn)生的磁場不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機發(fā)出的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。電力系統(tǒng)中的諧波來自電6設備。周期為T=2/。表1一1給出了公用電網(wǎng)諧波電壓限值。電壓等級越高，諧波限制越嚴格。表1一I公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值 The limited value of Public electric grid harmonic voltage (Phase 我國原水利電力部于1984年根據(jù)原國家經(jīng)濟委員會批轉的《全國供用電規(guī)則》的規(guī)定，《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》。中壓電網(wǎng)(24一77kv)，一般2%5%、個別6%。各級電網(wǎng)的諧波水平一般用諧波電壓含有率或總諧波畸變率來反映。 電力系統(tǒng)諧波的標準由于電網(wǎng)中的諧波電壓和電流會對電網(wǎng)本身和用電設備造成很大的危害，所以必須限制諧波電流流入電網(wǎng)和控制諧波電壓在允許的范圍內(nèi)，以保證供電質量。對于周期為T=2／的非正弦電壓，一般滿足狄力赫利條件，可以分解為如下形式的傅立葉級數(shù)：u(t)=a0 + (22)式(22)中： (23）a= （n=1,2,3…） (24)b= （n=1,2,3…） (25)在傅立葉級數(shù)中頻率的分量稱為諧波，均以非正弦電壓為例，頻率為的分量稱為基波，大于諧波次數(shù)為基波頻率和基波頻率的整數(shù)比。理論上任何周期性波形都可以分解成傅立葉級數(shù)形式，稱為諧波分析或頻域分析。但當正弦電壓施加在非正弦電路上時，電流就變?yōu)榉钦也?，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會使電壓波形也變?yōu)榉钦也?。在進行諧波分析時，正弦電壓通常由下數(shù)學式表示： (2．1)式(2．1)中：U為電壓有效值，為初相角，為角頻率。暫念常伴隨著系統(tǒng)的變化，例如投切電容器組等，而諧波則與負荷的連續(xù)運行有關。暫態(tài)過程的實測波形是一個帶有明顯高頻分量的畸變波形，但盡管暫態(tài)過程中含有高頻分量，暫態(tài)和諧波卻是麗個完全不同的現(xiàn)象：諧波按其定義束說是在穩(wěn)態(tài)情況下出現(xiàn)的，并且其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。2)諧波和暫念現(xiàn)象必須加以區(qū)別，諧波的波型是周期性的和不變的，而暫態(tài)現(xiàn)象的的波形每個周波都在發(fā)生著變化，為了區(qū)別暫念現(xiàn)象和諧波一般在計算電壓(電流)畸變率時，采用諧波電壓(電流)的平均有效值或畸變率，其時間區(qū)閫取3秒。諧波次數(shù)不能為非整數(shù)，因此也不能有非整數(shù)諧波。第2章 電力系統(tǒng)諧波的分析 諧波的基本概念 諧波的定義國際上公認的諧波含義是：“諧波是一個周期電氣量的正弦波的分量，或者說諧波分量為周期量的傅里葉級數(shù)中大于1的h次分量其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”州。為了有效補償和一種負荷產(chǎn)生諧波電流，首先對諧波的成分有精確認識，因而需要實時檢測負載電流中的諧波本文講介紹本文著重介紹了基于三相電路瞬時無功功率理論的諧波測量的理論。也就是說來自發(fā)電設備和用電設備。隨著電力系統(tǒng)電能質量的惡化和電力用戶對電能質量越來越高的要求，公用電網(wǎng)諧波污染已經(jīng)起了有關部門的廣泛關注，電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測、控制和抑制已成為當前電力系統(tǒng)研究的一個重要課題。:l)通過采用PWM調制技術和提高開關器件等效開關頻率的多重化技術，實現(xiàn)對高次諧波的有效補償和系統(tǒng)大容量的實現(xiàn):2)從經(jīng)濟上考慮，可以采用妙APF與PF組成的混合型濾波系統(tǒng)，以減少APE的容量，達到降低成本、提高效率的目的。此外，清華大學、華北電力大學、重慶大學等高等院校也對APF展開了深入的理論和實驗研究。同年，華北電力科學院和冶金自動化研究院聯(lián)合研制了用于380V三相系統(tǒng)的33KVA雙極面結型晶體管(BJT)電壓型有源濾波器。理論上涉及到了功率理論的定義、諧波電流的檢測方法、有源電力濾波器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性研究等。研究APF主要集中在并聯(lián)型、混合型，也開始研究串聯(lián)型。于此同時，我國許多科研和生產(chǎn)單位，一些高等院校相繼開展了諧波研究工作，在多次學術會議上交流了這一方面的成果。我國從80年代開始大量采用硅整流設備，尤其是鐵路電氣化的迅速發(fā)展，推動了硅整流技術的發(fā)展和應用。從1984年開始，每兩年召開一次的電力系統(tǒng)國際諧波會議(ICHPS)為這個領域的國際交流提供了直接的渠道，正推動著諧波研究工作深入開展。但由于全控型功率器件的成本及性能，制約了APF的實際應用，目前只有在日本得到比較廣泛的推廣。APF通過向電網(wǎng)注入諧波及無功或改變電網(wǎng)的綜合阻抗頻率特性，以改善波形，除了具有相應速度快，具有很好的動態(tài)實時補償功能等優(yōu)點外，還具有可進行無功補償，抑制電壓閃變等多種功能。1976年Gyug)，i等人提出了用大功率晶體管PWM變換器構成有源濾波器，并正式提出了有源濾波的概念，提出了有源濾波器的主電路的基本拓撲結構和控制方法，從原理上闡明了有源電力濾波器是一種理想的諧波電流發(fā)生器，并討論了實現(xiàn)方法和控制原理，奠定了有源電力濾波器的基礎。隨著20世紀60年代以來新型電力半導體器件的出現(xiàn)，脈寬調$1J(PWM)技術的發(fā)展，以及基于瞬時無功功率理論的提出，針對無源濾波器的缺陷在1969年Bird和Marsh等人提出了向電網(wǎng)中注入三次諧波電流以減少電源系統(tǒng)中電流的諧波成分，這是(Active Power Filter)APF思想的萌芽。2）．有源濾波裝置目前諧波抑制的趨勢是采用有源電力濾波器(APF．Active Power