【正文】 ?????????iiCiiipqcpbpap??32?????????????????????iiCiiiqqcqbqaq??32燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 將 iaf ，、 ibf ，、 icf 與 ia 、 ib 、 ic 相減，即可得出 ia 、 ib 、 ic 的諧波分量和基本無功分量之和。電網(wǎng) 電壓波形無畸變時(shí)， ?p 為基波有功電流與電壓作用產(chǎn)生的， ?q 為基波無功電流與電壓作 用 產(chǎn)生。即 : eeii ep ??? ? ?? c o s pee ei p 22 ?? ??? ；?ip? pee eieeieei ppe 22s in?????? ? ???? ip =icos? （ ）； iq =isin? （ ） 式中， ? =? e ? i 定義 2: ??、 相的瞬時(shí)無功功率 iq? 、 iq? (瞬時(shí)有功電流 iq? 、 iq? )為三相電路瞬時(shí)無 功電流 iq (瞬時(shí)有功電流 ip )， ??、 軸上的投影，即 : （ ） eeii eqq ?? ? ?? c o s qee eiq 22 ?? ???qee eieeieei qqeq 22s in?????? ?????? ??iq?燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 定義 3:三相電路各相的瞬時(shí)無功電流 iaq 、 ibq 、 icq ， (瞬時(shí)有功電流 iap 、ibp 、 icp )是 ??、 兩相瞬時(shí)無功電流 iq? 、 iq? (瞬時(shí)有功電流 ip? 、 ip? )通過兩相到三相變換所得到的結(jié) 果。 ?? e 、 ?? i 分別為矢量 e、 i的幅角。設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為 ea 、 eb 、 ec 和 ia 、 ib 、 ic 們變換 到 ??? 兩相正交的坐標(biāo)系上進(jìn)行研究。 瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無功功率 三相電路瞬時(shí)無功功率理論首先于 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。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)無功功率、瞬時(shí)有功功率等瞬時(shí)功率量。 本文將重點(diǎn)介紹 基于瞬時(shí)無功功率的諧波測量的檢測方法 。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)此傅里葉變換無能為力。 通過加窗可以減小泄露現(xiàn)象的影響 。 這相當(dāng)于對(duì)無限長的信號(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 。瞬時(shí)無功功率理論解決了諧波和無功功率的瞬時(shí)檢測及不用儲(chǔ)能元件實(shí)現(xiàn)諧波和無功補(bǔ)償?shù)葐栴}，對(duì)治理諧波和研發(fā)無功補(bǔ)償裝置等起到了很大的推動(dòng)作用 。對(duì)于單相電路，必須首先將三相電路分解，基于瞬時(shí)無功功率理論的單相電路諧波測量框圖?？梢姡摲椒ň哂泻芎玫膶?shí)時(shí)性，缺點(diǎn)是硬件多，花費(fèi)大。雖然被測量的電流中諧波構(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 1個(gè)電源周期。而使用 pq法測量電網(wǎng)電壓畸變時(shí)的諧波會(huì)存在較大誤差。這 2種方法都能準(zhǔn)確地測量對(duì) 稱的三相三線制電路的諧波值。缺點(diǎn)是采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)限制諧波測量的最高次數(shù)，具有較長的時(shí)間延遲，實(shí)時(shí)性較差。這兩種方法都燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 可以檢測到各次諧波的含量，但以 模擬濾波器為基礎(chǔ)的帶通選頻法裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件多，測量精度受元件參數(shù)、環(huán)境溫度和濕度變化的影響大，且沒有自適應(yīng)能力；后一種檢測方法其優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)測量多個(gè)回路，能自動(dòng)定時(shí)測 。這種方法過于簡單，精度很低，不能滿足諧波分析的需要，一般不用。同時(shí)為對(duì)進(jìn)行電力系統(tǒng)諧波管理確立了目標(biāo)。再者，分析了電力系統(tǒng)諧波對(duì)電力系統(tǒng)及通信系統(tǒng)的影響 ，顯示了其巨大的危害。其中高壓直流換流站換相過程中產(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)裝置誤動(dòng)，影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。對(duì)于熱繼電器來說，因受諧波電流的影響也要使額定電流降低，在工作中它們都有可能造成誤動(dòng)作。對(duì)于漏電斷路器來說，由于諧波匯漏電流的作用，可能使斷路器異常發(fā)熱，出現(xiàn)誤動(dòng)作或不動(dòng)作。 對(duì)于配電用斷路器來說，全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發(fā)熱 ,同時(shí)由于對(duì)電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難，且諧波次數(shù)越高影響越大；熱磁型的斷路器，由于導(dǎo)體的集膚次應(yīng)與鐵耗增加而引起發(fā)熱，使得額定電流降低與脫扣電流降低；電子型的斷路器，諧波也要使其額定電流降低，尤其是檢測峰值的電子斷路器，額定電流降低得更多。一方面是增加電度表本身的誤差，另一方面是諧波源負(fù)荷從系統(tǒng)中吸收基波功率而向系統(tǒng)送出諧波功 率。 對(duì)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置工作的影響 諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測量儀表劑量不正確。由于電容器的容抗與頻率成反比，因諧波電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多，從而使諧波電波形畸變比基波電壓燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 的波形畸變大得多，即使電壓中諧波所占比例不大，也生顯著的諧波電流。由于諧波使通過電的電流增加，使電容器損耗增加，從而引起電容器發(fā)熱和溫升，加速老化。諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，最不情況是諧波和基波電壓峰值的疊加，峰值電壓上升使電容器介質(zhì)更容易發(fā)電。 對(duì)電容器的影響 諧波對(duì)電容器的危害是通過電效應(yīng)、熱效應(yīng)和諧振引起諧波電流放大問。對(duì)于電纜輸電情況，諧波電壓正比于其幅值電壓形式增強(qiáng)了介質(zhì)的 電場強(qiáng)度，這會(huì)影響電纜的使用壽命。諧波電流一方面在輸電線路上產(chǎn)生諧波壓降，另一方面增加了輸電線路上的電流有效值，從而引起附加輸電損耗。由于中性線正常時(shí)流過電流很小，故其導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)大量的三次諧波流過中性線時(shí)，會(huì)使導(dǎo)線過熱，損害絕緣，引起短路甚至火災(zāi) 。架空線路諧波電流產(chǎn)生熱損，較大的高次諧波電流分量能顯著地延緩潛供電流的熄滅，導(dǎo)致單相重合閘失敗。由于以上量方面的損耗增加，因此要減少變壓器的實(shí)際使用容量。除此之外，諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大，有時(shí)還發(fā)出金屬聲。來自其他諧波源并流過變壓器的諧波電流，在諧振條件下，也能損害變 . 壓器。 作為靜止設(shè)備的變壓器，在諧波潮流圖中，它既是諧波源同時(shí)又是傳輸其他諧波源產(chǎn)生諧波的中間環(huán)節(jié)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)承受的諧波電壓折算等價(jià)基波負(fù)序電壓。盡管如此，在諧波和其他因素的綜合作用 下，可使定子繞組局部發(fā)熱問題相當(dāng)嚴(yán)重。諧波電流在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中產(chǎn)生的附加損耗，在一般情況下，轉(zhuǎn)子的附加損耗比定子的附加損耗大得多。在定子的雙層繞組中，高次諧波電流主要在沿槽高度的上層線棒里產(chǎn)生附加損耗，并且比下層線棒里的相應(yīng)附加損耗要大好幾倍。但其主要部分并不在轉(zhuǎn)子繞組中流動(dòng)，而是在轉(zhuǎn)子表面形成環(huán)流。定子中第 h次諧波電流的正序和負(fù)序分量分別形成正向和反向旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速均為 h倍的同步轉(zhuǎn)速。這些家用電器雖然功率不大，但是數(shù)量巨大，也是諧波的主要源頭之一。 電視機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因?yàn)橛姓{(diào)壓整流裝置，會(huì)產(chǎn)生較大的奇次諧波。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占有所有諧波的近 40％，它是最大的諧波源。 由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電力系統(tǒng)造成大量諧波。為此，影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線性用電設(shè)備 。 7％以下 。 同 樣在變壓器的電源側(cè)電壓超過額定電壓 10％以上時(shí)，也會(huì)使二次側(cè)電壓的三次諧波明顯增加。隱極機(jī)優(yōu)于凸極機(jī)，但隨著科技進(jìn)步，可控硅、 IGBT等電子勵(lì)磁裝置的投入，使發(fā)電機(jī)的諧波分雖有所上升。凸極機(jī)多用于水輪發(fā)電機(jī)。目前我國應(yīng)用的發(fā)電機(jī)有兩大類：隱極機(jī)和凸極機(jī)。也就是說來自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。的非正弦電壓 u（ t? ）， 勿小在滿足狄里赫利條件下，可分解為如下形式的傅里葉級(jí)數(shù) : u(? t)=a0 +??? ?1 )]s in ()c o s ([n nn tnbtna ?? 式中，頻率為 n? (n=1,2? )的項(xiàng)即為諧波項(xiàng)，通常也稱之為高次諧波。 電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生 所謂諧波是指一個(gè)周期 電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。另外，對(duì)偶次諧波的限制也要嚴(yán)于對(duì)奇次諧波的限制。voltage) 電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓（ %） 電壓總諧波畸變率（ %） 各次諧波電壓含有率（ %） 奇次 偶次 6/10 35/66 110 對(duì)于不同電壓等級(jí)的公用電網(wǎng)，允許電壓諧波畸變率也不相同。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究了標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)問題，結(jié)合國情，吸取國外諧波標(biāo)準(zhǔn)研究成果的基礎(chǔ)上于 1993年又發(fā)布了 GB/《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，該標(biāo)準(zhǔn)從 1994年 3月 l日開始實(shí)施。 高壓電網(wǎng) (84kV及以上 )，一般 1% %，個(gè)別 2%5%。世界各國所制定的諧波標(biāo)準(zhǔn)大都比較接近，國際大電網(wǎng)會(huì)議 (CIGRE)和國際電工委員會(huì) (IEC)都成立了專門工作組擬定電力系統(tǒng)和電工產(chǎn)品的諧波標(biāo)準(zhǔn)，很多國家對(duì)諧波也制定了相應(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(gè)別 3%、 7%。世界許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標(biāo)準(zhǔn)，或 由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定限制諧波的定。以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對(duì)于非正弦電流的情況也完全適用，把式中比轉(zhuǎn)成 i??t? 即可。諧波分析是計(jì)算周期性畸變波形的基波和諧波的幅值和相角的基本方法。當(dāng)然，非正弦電壓施加在線性電路上時(shí)，電流也是非正弦波。正弦電壓施燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 加在線性無源元件電阻、電感和電容上，其電源和電壓分別為比例、積分和微分關(guān)系，仍為同頻率的正弦波。 電力系統(tǒng)諧波的表達(dá)式 供用電系統(tǒng)中，通常認(rèn)為電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)交流電壓和交流電流呈正弦波形。產(chǎn)生諧波的畸變波形是連續(xù)的，或至少持續(xù)幾秒鐘，而暫念現(xiàn)象則通常在幾個(gè)周期后就消失了。 3)短時(shí)問諧波和暫態(tài)中的諧波分量，短時(shí)間諧波問題是指大功率晶閘管在工作時(shí)產(chǎn)生的短時(shí)間突發(fā)電流脈沖，這種突發(fā)的脈沖包含著暫念分量和諧波分量，如果它引起的電壓畸變是間斷性的持續(xù)時(shí)間不超過 2s，兩個(gè)脈沖不小于 30ms，這種暫念分量和諧波分量是允許的。 就諧波的概念可見諧波有以下特征 ： 1)諧波的次數(shù) n必須是整數(shù)倍即 4， 5??。諧波次數(shù)必須是個(gè)正整數(shù)，例如我國電力系統(tǒng)的額定頻率是 50HZ， 2次諧波為 100Hz， 3次諧波為 150HZ，有些國家電力系統(tǒng)的額定頻率為 60Hz，基波為 60Hz， 2次諧波為 120Hz， 3次諧波為 180Hz。 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 。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。本文主要工作如下： 本文介紹了諧波的概念及危害， 詳細(xì)介紹了諧波產(chǎn)生的來源于， 電力系統(tǒng)中的諧波來自電 氣 設(shè)備。 3)從長遠(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。我國雖然在理論上取得了一定的進(jìn)展，由于多方面條件的限制，我國的有源濾波技術(shù)還處在研究試驗(yàn)階段，工業(yè)應(yīng)用上只有少數(shù)幾臺(tái)樣機(jī)投入運(yùn)行，至今未有并聯(lián)型有源電力濾波器正式產(chǎn)品用于實(shí)際。采用多重化技術(shù)，西安交通大學(xué)研制出 1ZOKVA并聯(lián)型有源濾波器的試驗(yàn)樣機(jī)。 1991年北方交通大學(xué)王良博士研制出 3kVA的無功及諧波的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置 。研究最成熟的是并聯(lián)型，而且主要以理論研究和試驗(yàn)研究為主。 但是，我國在 APF方面的研究仍處于起步階段，到 1989年才有這方面文章。目前，非線性負(fù)荷的大量增加，使我國不少電網(wǎng)的諧波成分以大大超過了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并出現(xiàn)了一些危及電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題。 我國在有源電力濾波器的應(yīng)用研究方面，繼日本、美國、德國等之后，得到學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的充分重視，并投入了大量的人力和物力，但和電子工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比有一定的差距。電力系統(tǒng)的諧波及抑制研究問題近幾十年來在世界范圍內(nèi)得到了十分廣泛關(guān)注，國際電工委員會(huì) (IEC)、國際大電網(wǎng)會(huì)議 (CIGRE)、國際供電會(huì)議 (CⅡ也 D)及美國電氣和電子工程師學(xué)會(huì) (IEEE)等國際性學(xué)術(shù)組織，都相繼成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，并己制定除了限制電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此 APF逐漸成為了一種具有很大潛在應(yīng)用價(jià)值的諧波補(bǔ)償裝置，并開始得到迅速的發(fā)展。在 20世紀(jì)80年代由于大功率全控型功率器件的成熟，大功率晶體管 (GTR)、大功率可關(guān)斷晶閘管 (GTO)、靜電感應(yīng)晶閘管 (STH)、功率場效應(yīng)管 (MOSFET)及絕緣柵型雙極性晶體管 (IGBT)等新型快速大容量功率開關(guān)器件相繼何世，脈寬調(diào)制 (PWM)控制技術(shù)的發(fā)展，尤其是 1983年日本的 H． Akagi等人提出了“三相電路瞬時(shí)無功理論川 (Instantaneous Reactive Power Theo剛 又稱“ p． q理論”、“ Aka垂． Nabae理論一，以該理論為基礎(chǔ)的諧波電流瞬時(shí)檢測方