【正文】 Filter)，它是一種電力電子裝置，能對頻率和大小都變化的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗和頻率變化的影響，可獲得比無源濾波器更好的補(bǔ)償效果，是一種理想的諧波補(bǔ)償裝置。因此，采用無源濾波器技術(shù)是很難將電網(wǎng)諧波限制在國際或國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的。為了避免在主要諧波頻率處發(fā)生串并聯(lián)諧振，無源濾波器的調(diào)諧頻率往往設(shè)計(jì)成稍偏離主要的諧波頻率，而這又將影響無源濾波器的濾波性能。為了使無源濾波器在這些情況下也具有一定的濾波效果，往往以犧牲在電網(wǎng)主要諧波頻率處的濾波效果為代價(jià)來適當(dāng)?shù)亟档推焚|(zhì)因數(shù)。然而，這樣設(shè)計(jì)的無源濾波器對電網(wǎng)頻率的變化是極其敏感的，電網(wǎng)頻率稍微偏離額定頻率點(diǎn)，無源濾波器的濾波性能將大幅度下降。為了減小電網(wǎng)支路中的諧波，濾波器支路的阻抗須遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電網(wǎng)支路阻抗。但是設(shè)計(jì)出濾波性能理想的無源濾波器也不是一件簡單的事。但由于諧波源的多樣性，在電網(wǎng)中一般還是加裝濾波器的方法來抑制高次諧波，這些裝置一般可分類為無源濾波器和有源濾波器兩種。目前，諧波研究仍是一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域。七八十年代隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)、交通及家庭中的廣泛應(yīng)用，諧波問題日趨嚴(yán)重，從而引起各國的高度重視。諧波研究及其抑制技術(shù)己日益成為人們關(guān)注的問題。對電力系統(tǒng)來說，無諧波就是“綠色”的主要標(biāo)志之一。但是，現(xiàn)在電力電子裝置產(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，它迫使電力電子領(lǐng)域的研究人員必須對諧波問題進(jìn)行更為有效的研究。諧波還會引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，對通信設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾等。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。諧波的研究是很有意義的。林海雪、孫樹勤等在1998年出版的《電力網(wǎng)中的諧波》對諧波進(jìn)行了詳細(xì)的分析。我國對諧波問題的研究起步較晚，吳竟呂等人1988年出版的《電力系統(tǒng)諧波》一書是我國有關(guān)電力諧波問題較有影響的著作。世界各國都對諧波問題給予充分關(guān)注，定期召開有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)討論會。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)表了大量有關(guān)變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題的論文。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)的20年代和30年代就引起人們的關(guān)注。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)。 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策,可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響，以消除和防止諧波的影響。為了有效補(bǔ)償負(fù)荷產(chǎn)生諧波電流，首先對諧波的成分有精確認(rèn)識，因而需要實(shí)時(shí)檢測負(fù)載電流中的諧波。也就是說來自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。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，特別是對于一些會對公必電網(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。因此，諧波及其抑制技術(shù)己成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的課題。諧波給供電眾業(yè)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益帶來了巨大影響。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)。燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及電力市場的開放，電能質(zhì)量問題越來越引起廣泛關(guān)注。由于各種非線性負(fù)載(諧波源)應(yīng)用普及，產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重。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。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題。對電力系統(tǒng)諧波的治理，需要電力部門和用戶共同參與。本文介紹了諧波的概念、檢測及危害，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。同時(shí)介紹了諧波的危害，包括對電網(wǎng)運(yùn)行和用電設(shè)備的危害，還包括對繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響。本文著重介紹了基于三相電路瞬時(shí)無功功率理論的諧波測量的理論。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)諧波；危害；p、q檢測方法,； ip、iq檢測方法 40 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄摘要 I目錄 I第1章 緒論 3 諧波的提出及意義 3 4 4 6 7第2章 電力系統(tǒng)諧波的分析 8 諧波的基本概念 8 諧波的定義 8 電力系統(tǒng)諧波的表達(dá)式 8 電力系統(tǒng)諧波的標(biāo)準(zhǔn) 9 電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生 10 電力系統(tǒng)諧波的危害 12 對電機(jī)的危害 12 12 對線路的危害 13 對電容器的影響 13 對繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置工作的影響 14 對其通信系統(tǒng)的影響 14 本章小結(jié) 14第3章 電力系統(tǒng)諧波的檢測 16 16 18 瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無功功率 18 瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無功電流 20 基于瞬時(shí)無功功率的p、q檢測方法 21 基于瞬時(shí)無功功率的ip、iq檢測法 22 檢測示例 24 26結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 28附錄1 29附錄2 32致謝 37燕山大學(xué)畢業(yè)論文評審意見表…………………………………………….38個(gè)人簡介……………………..…………………………………………….40燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論 諧波的提出及意義“諧波”一詞起源于聲學(xué)。傅立葉等人提出的諧波分析方法至今仍在廣泛采用。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。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。國際電工委員會 (IEC)和國際大電網(wǎng)會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)，并將諧波干擾問題列入電磁兼容范圍內(nèi)。夏道止等與1994年出版的《高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波》是近年出版的代表性著作。此外，《電力系統(tǒng)諧波》一書，也在國內(nèi)外有較大的影響。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。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。諧波研究的意義，還在于其對電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。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)境來考慮。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。國外對電力諧波問題的研究大約開始于五六十年代，當(dāng)時(shí)的研究主要是針對高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題。近幾十年間電力諧波的研究，滲透到了數(shù)字信號處理、計(jì)算技術(shù)、系統(tǒng)仿真、電工理論、控制理論與控制技術(shù)、電網(wǎng)絡(luò)理論、電力電子學(xué)等其它學(xué)術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)越過了電力系統(tǒng)的范疇，并且形成了自己特有的理論體系、分析研究方法、控制與治理技術(shù)、監(jiān)測方法與技術(shù)、限制標(biāo)準(zhǔn)與管理制度等弘。抑制諧波可以從治理諧波源本身入手，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)為，單位功率因數(shù)變流器就是可以實(shí)現(xiàn)這種功能的電力電子裝置。1）．無源濾波裝置在電力系統(tǒng)中，裝設(shè)無源電力濾波器(PF．Passive Filter)一直是傳統(tǒng)補(bǔ)償諧波的主要手段，其突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行費(fèi)用低。無源濾波器的濾波原理是使負(fù)載諧波電流在電網(wǎng)支路和濾波器支路分流，因此其濾波性能受系統(tǒng)阻抗的影響較大。由于電網(wǎng)阻抗原本就不是很大，若要使濾波器支路阻抗在主要諧波頻率處遠(yuǎn)小于電網(wǎng)諧波支路阻抗，需加裝多個(gè)無源濾波器，它們的調(diào)諧頻率設(shè)計(jì)在電網(wǎng)的主要諧波頻率處，且所有調(diào)諧濾波器必須擁有較高的品質(zhì)因數(shù)，否則，加裝無源濾波器就起不到明顯的諧波抑制作用。此外，電網(wǎng)阻抗的變化、濾波器元件的生產(chǎn)容差、老化或其它原因引起的參數(shù)偏離理想設(shè)計(jì)值，也將導(dǎo)致無源濾波器濾波性能的下降。并且，安裝LC無源濾波器很有可能在系統(tǒng)中形成串并聯(lián)諧振回路，導(dǎo)致電網(wǎng)諧波電流的傳播和放大，造成電網(wǎng)電壓波形的畸變。即使可以成功地解決以上問題，因電網(wǎng)電壓諧波和其它負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流流人無源濾波器而造成的無源濾波器過載，也是比較棘手的問題。此外，由于無源濾波器由大容量的電抗器和電容器組成，整機(jī)體積龐大，造價(jià)高，雖然在某些大型煉鋼廠仍有使用，但必將被效率高、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償特性好的新型有源濾波器所取代。而且，通過改變控制算法可以實(shí)現(xiàn)多種功能，如抑制諧波、補(bǔ)償無功、抑制閃變、補(bǔ)償相間不平衡等，因而引起了人們極大的關(guān)注。之后，1971年，H．Sasaki和T．Machida首次完整地描述了有源電力濾波器的基本原理，但是由于當(dāng)時(shí)是采用線性放大的方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，其損耗大，成本高，因而僅在實(shí)驗(yàn)室研究，未能在工業(yè)中實(shí)用。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)檢測方法的在三相電力濾波器中得到了成功的應(yīng)用，在高性能DSP芯片也得到了應(yīng)用，使有源電力濾波器APF得以迅速發(fā)展。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。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(IEC)、國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)、國際供電會議(CⅡ也D)及美國電氣和電子工程師學(xué)會(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)。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。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。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。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。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。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)。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。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。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。介紹了諧波的危害，包括對電網(wǎng)運(yùn)行和用電設(shè)備的危害，還包括對繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響。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策,可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響，以消除和防止諧波的影響。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。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??。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。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。 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。正弦電壓施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。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。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。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，把式中比轉(zhuǎn)成i即可。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。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)會議 (CIGRE)和國際電工委員會 (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%。高壓電網(wǎng)(84kV及以上)，一般 1% %，個(gè)別2%5%。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。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6/1035/66110對于不同電壓等級的公用電網(wǎng)，允許電壓諧波畸變率也不相同。另外，對偶次諧波的限制也要嚴(yán)于對奇次諧波的限制。 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。的非正弦電壓u（），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數(shù):u(t)=a + 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。也就是說來自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。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)。凸極機(jī)多用于水輪發(fā)電機(jī)。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。同樣在變壓器的電源側(cè)電壓超過額定電壓10％以上時(shí)，也會使二次側(cè)電壓的三次諧波明顯增加。7％以下。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。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