【正文】 波也越來越多。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，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。 發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。因此，諧波含量是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在供電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于給具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備(又稱為非線性負(fù)荷)供電的結(jié)果。但在實(shí)際中供電電壓的波形會(huì)由于某些原因而偏離正弦波形，即產(chǎn)生諧波。另外還有其他會(huì)產(chǎn)生諧波的設(shè)備，主要是含有鐵磁非線性元件的設(shè)備，如旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器等。 （）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)。3 第次諧波的含有率第次諧波電壓含有率以表示。1 諧波含量所謂諧波含量，就是各次諧波的平方和開方。以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對于非正弦電流的情況也完全適用，把式中轉(zhuǎn)成即可。但當(dāng)正弦電壓施加在非線性電路上時(shí)，電流就變?yōu)榉钦也āＡ?xí)慣上，認(rèn)為電網(wǎng)穩(wěn)的供電電壓波形為工頻正弦波形其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （）式中一 電壓有效值；一 初相角；一 頻率； T一 周期。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制。電力系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，（），稱為非諧波或分?jǐn)?shù)諧波。不少國家和國際學(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。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)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大盆論文。當(dāng)時(shí)在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。 2 電力諧波理論介紹“諧波”一詞起源于聲學(xué)。在第三章中，詳細(xì)闡述了基于傅立葉變換和瞬時(shí)無功功率理論的電力系統(tǒng)諧波檢測和分析方法，并給出了相應(yīng)裝置的框圖，通過比較得出一定的結(jié)論。具體內(nèi)容安排如下:在緒論中介紹諧波分析、檢測和抑制的研究背景、意義、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 本文的主要工作本文根據(jù)目前電力系統(tǒng)諧波檢測與分析方法的實(shí)際應(yīng)用，對基于傅立葉變換的諧波測量和基于瞬時(shí)無功功率的諧波檢測與分析方法進(jìn)行詳細(xì)的分析和闡述。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。直接電流控制就是設(shè)法得到與電源電壓同相位、由負(fù)載電流大小決定其幅值的電流指令信號，并據(jù)此信號對整流器進(jìn)行電流跟蹤控制，間接電流控制就是控制整流器的入端電壓，使其為接近正弦波的波形，并和電源電壓保持合適的相位，從而使流過電抗器的輸入電流波形為與電源電壓同相位的正弦波。對于電壓型整流器，需要通過電抗器與電源相連。這樣，輸入電流中就只含與開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波，這些諧波頻率很高，因而容易滋除。迄今為止，對PWM逆變器的研究已經(jīng)很充分，但對整流器的研究則較少。多重化技術(shù)如果能與技術(shù)相配合，可取得更為理想的結(jié)果。大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù)，即將多個(gè)方波疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。對于作為主要諧波源的電力電子裝置來說，除了采用補(bǔ)償裝置對其諧波進(jìn)行補(bǔ)償外，還有一條抑制諧波的途徑，就是開發(fā)新型變流器，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)為1，這種變流器被稱為單位功率因數(shù)變流器。有源電力濾波器的基本思想在六七十年代就已經(jīng)形成。其基本原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。目前，諧波抑制的一個(gè)重要趨勢是采用有源電力濾波器 (ActivePowerFilterAPF)。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不甚理想。這種方法既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無功功率，而且結(jié)構(gòu)簡單，一直被廣泛使用。 諧波抑制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀為了解決電力電子裝置和其它諧波源的諧波污染問題，基本思路有兩條：一條是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波，這對各種諧波源都是適用的；另一條是對電力電子裝置本行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1，這當(dāng)然只適用于作為主要諧波電力電子裝置。諧波檢測算法向智能化、多功能實(shí)用化發(fā)展，求解方法從直觀的函數(shù)解析過渡到精確的分析和信號處理；諧波檢測效果向高精度、高速度和實(shí)時(shí)性好的方向發(fā)展，現(xiàn)有方檢測精度高則速度慢，檢測速度快則精度低或?qū)崟r(shí)性不好。文獻(xiàn)提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)諧波測量方法。5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測與分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是最近發(fā)展起來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)展對未來的科學(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。通過對含諧波的電流信號進(jìn)行正交小波分解，分析了電流信號的各個(gè)尺度的分解結(jié)，利用多分辨的概念，將低頻段(高尺度)上的結(jié)果看作不含諧波的基波分量，基于這種算法，可以利用軟件構(gòu)成諧波檢測環(huán)節(jié)，該方法計(jì)算速度快，能快速跟蹤諧波的變化。小波分析克服了傅立葉分析在頻域完全局部化而在時(shí)域完全無局部性的缺點(diǎn)，即它在頻域和時(shí)域同時(shí)具有局部性。作為一種時(shí)—頻分析理論，小波分析被認(rèn)為是傅立葉分析發(fā)展的新階段，它來自于傅立葉分析，其存在性的證明依賴于傅立葉分析，因此它不能代替傅立葉分析，但它所具有的優(yōu)良特性(如方向選擇性、可變的時(shí)頻域分辨率及分析數(shù)據(jù)量小等)是其它分析方法(傅立葉分析、快速傅立葉變換)無法比擬的。該方法較好地解決了前兩種方法中存在的問題，但在目前條件下，由于耗費(fèi)大，采用這種方法相比之下是得不償失的。但硬件多，花費(fèi)大。這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓對稱且無畸變時(shí)，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(shí)少，雖說被測量對象電流中諧波構(gòu)成和采用的濾波器不同，會(huì)有不同的延時(shí)，但延時(shí)最多不超過一個(gè)電源周期，對于電網(wǎng)中最典型的諧波源—三相整流器，其檢測的延時(shí)約為1/6周期。它不僅在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)適用，在電網(wǎng)電壓不對稱時(shí)也同樣有效；而在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)，使用此法測量諧波存在較大的誤差。3 基于瞬時(shí)無功功率的諧波檢測與分析1989年，根據(jù)此理論可以得到瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無功功率，將其分解為交流和直流，其交流部分對應(yīng)于諧波電流，由此可以計(jì)算諧波分量。其缺點(diǎn)是需要一定時(shí)間的電流值，且需進(jìn)行兩次變換，計(jì)算量大，需花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間，從而使得檢測方法具有較長時(shí)間延時(shí)，檢測結(jié)果實(shí)際是較長時(shí)間前的諧波和無功電流，實(shí)時(shí)性不好。模擬信號經(jīng)采樣，離散化為數(shù)字序列信號后，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。2 基于傅立葉變換的諧波檢測與分析隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，基于傅立葉變換的諧波檢測是當(dāng)今應(yīng)用最多也是最廣的一種方法。該檢測法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，輸出阻抗低，如濾波器的中心頻率對元件參數(shù)十分敏感，受外界環(huán)境影響較大，難以獲得理想的幅頻和相頻特性。目前國內(nèi)外諧波檢測與分析方法可分為：1 采用模擬帶通(或帶阻)濾波器測量諧波最早的諧波測量是采用模擬濾波器實(shí)現(xiàn)。諧波測量方法雖然在算法設(shè)計(jì)和現(xiàn)實(shí)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但輔助算法在很大程度上決定了其能否預(yù)期執(zhí)行和裝置的可靠性，獲得一個(gè)時(shí)滯性小，去噪聲能力強(qiáng)，同時(shí)為后續(xù)分析提供高精度諧波特征的輔助算法并不容易。 國內(nèi)外電力諧波檢測與分析方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展 諧波檢測方法是諧波檢測的核心環(huán)節(jié)，也是各文獻(xiàn)著重論述和相互區(qū)別所在。在學(xué)術(shù)上還有許多問題需要人們?nèi)パ芯拷鉀Q、在解決這些問題的同時(shí)，才能真正談其制定合適的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)來限制和管理電力系統(tǒng)的諧波，并對其進(jìn)行有效的抑制，這些問題可歸納為：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)的信號分析設(shè)備、數(shù)字儀器、智能儀表等對諧波的幅值和相位進(jìn)行準(zhǔn)確的測量；如何利用網(wǎng)絡(luò)分析方法對諧波分布進(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。國際電工委員會(huì)〔IEC)、電氣和電子工程師協(xié)會(huì)()等國際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，也成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，在世界范圍開展包括制定標(biāo)準(zhǔn)和定期召開國際學(xué)術(shù)會(huì)議等項(xiàng)內(nèi)容的工作。同時(shí)，電力系統(tǒng)諧波問題己經(jīng)受到了世界各國經(jīng)濟(jì)、行政管理部門的重視，不少國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。最近十幾年間，對電力系統(tǒng)諧波問題的研究，己經(jīng)超出了電力系統(tǒng)自身的研究范圍。為了更好的采取措施對電網(wǎng)諧波含量加以限制，必須具有相應(yīng)的監(jiān)測手段。但是近年來由于電氣化鐵路的大量出現(xiàn)，以及可控硅整流裝置的廣泛應(yīng)用，不少電網(wǎng)中的高次諧波含量的數(shù)值已大大超過了國際上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。在國際上，許多國家都先后對電網(wǎng)中的電壓畸變，各次諧波電壓、諧波電流的數(shù)值、測量方法及非線性負(fù)荷的管理等制定了相應(yīng)規(guī)定來加以嚴(yán)格限制。目前，對地球環(huán)境的保護(hù)己成為全人類的共識(shí)。對電力系統(tǒng)這個(gè)環(huán)境來說，無諧波是“綠色”的主要標(biāo)志之一。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、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。70年代以來，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。電力系統(tǒng)諧波測量畢業(yè)論文目 錄1 緒 論 1 諧波檢測的研究背景及意義 1 國內(nèi)外電力諧波檢測與分析方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展 2 諧波抑制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 5 本文的主要工作 62 電力諧波理論介紹 8 電力諧波的基本概念 8 諧波的表示方法 8 諧波的特征量 9 電力諧波產(chǎn)生的原因 10 發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波 11 用電設(shè)備產(chǎn)生諧波 11 電力諧波的危害 12 電力諧波的抑制措施 16 本章小結(jié) 193 電力諧波電流的檢測與分析方法 20 基于傅立葉變換的諧波檢測與分析方法 20 傅立葉級數(shù)的三角函數(shù)和指數(shù)表示形式 20 離散傅立葉變換 22 快速傅立葉變換 22 減小泄漏和其它誤差的快速傅立葉變換改進(jìn)算法 24 基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測與分析方法 25 傳統(tǒng)的功率理論 26 三相瞬時(shí)無功功率理論 27 諧波電流的檢測方法 33 基于算法的諧波電流檢測方法的實(shí)現(xiàn) 37 正余弦函數(shù)的產(chǎn)生 37 數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì) 37 一種改進(jìn)的諧波和基波檢測方法 38 本章小結(jié) 414 仿真結(jié)論 43 MATLAB簡介 43 仿真模型的建立 44 仿真結(jié)果 45結(jié) 論 47致 謝 48參考文獻(xiàn) 49附錄A 英文資料及翻譯 50I1 緒 論 諧波檢測的研究背景及意義電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)30年代就引起了人們的注意，當(dāng)時(shí)在德國，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)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大量論文。諧波的研究具有重要意義，首先是諧波的危害十分嚴(yán)重。其次，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)境的角度來認(rèn)識(shí)。在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，要求實(shí)施“綠色電力電子”的呼聲也日益高漲。對電力系統(tǒng)諧波污染的抑制也已成為電工科學(xué)技術(shù)界所必須解決的問題。我國過去對電網(wǎng)中的諧波問題未加重視和研究。據(jù)我國電力科學(xué)院系統(tǒng)研究所對西南、西北、華中、華北等地區(qū)重點(diǎn)電網(wǎng)測試的結(jié)果來看，我國電網(wǎng)的諧波污染已很嚴(yán)重。為此，除了引進(jìn)發(fā)達(dá)國家研制的諧波監(jiān)測儀器外，還應(yīng)當(dāng)研究符合我國電網(wǎng)現(xiàn)狀的諧波分析方案，以提高電網(wǎng)諧波監(jiān)測分析水平，這對于抑制高次諧波含量是十分必要和有價(jià)值的。滲透到了數(shù)字信號處理、計(jì)算技術(shù)、系統(tǒng)仿真、通信理論、電力電子學(xué)、網(wǎng)絡(luò)理論和非線性系統(tǒng)理論等其它學(xué)術(shù)領(lǐng)城。如許多國家相繼頒發(fā)了限制帶有電子控制器件的家用電器和低壓電器產(chǎn)生諧波的標(biāo)準(zhǔn)。盡管近十幾年來，對電力系統(tǒng)諧波問題的研究取得了很大進(jìn)展。通過對這幾方面問題的研究，將會(huì)導(dǎo)致新技術(shù)乃至新的邊緣分支學(xué)科地誕生。諧波測量一般包括三個(gè)步驟：信號預(yù)處理；諧波幅值和相位測量；，為諧波測量服務(wù)，以優(yōu)化測量性能，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的。輔助算法的選擇主要取決于以下因素：實(shí)際輸入信號的動(dòng)態(tài)特性與所要求的理想信號符合程度；數(shù)據(jù)處理性能；給定的時(shí)間響應(yīng)和精度要求；軟硬件實(shí)現(xiàn)約束條件。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，再與被檢測電流相減得到諧波分量。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，不僅影響檢測精度，而且檢測出的諧波電流中含較多的基波分量，大大增加了有源補(bǔ)償器的容量和運(yùn)行損耗。它由離散傅立葉變換過渡到快速傅立葉變換的基本原理構(gòu)成。使用此方法測量諧波精度較高，功能較多，使用方便。而且算法中存在頻譜泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，使計(jì)算出的信號頻率、幅值和相位不準(zhǔn)，尤其是相位誤差很大，無法滿足測量精度的要求，必須對算法進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到要求值?；?、法能夠準(zhǔn)確測量對稱的三相三線制電路諧波值。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)行諧波測量?？梢?，該方法具有很好的實(shí)時(shí)性。針對此方法的缺點(diǎn)，有學(xué)者提出一種能適用于任意非正弦、非對稱三相電路的基于坐標(biāo)系下廣義瞬時(shí)無功功率的新理論的測量方法。4 利用小波分析方法進(jìn)行諧波檢測與分析小波分析(wavelet Analysis)作為一種新興的理論是數(shù)學(xué)發(fā)展史上的重要成果，它無論是對數(shù)學(xué)還是對工程應(yīng)用都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，小波分析己經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、信號處理、語音識(shí)別與合成、自動(dòng)控制、圖象處理與分析等領(lǐng)域。這些良好的分析特性使得小波變換已成為信號處理的一種強(qiáng)有力的新工具。利用小