【正文】 壓器原邊及供電線路上含有五次及以上奇次諧波電流成分；如果是12 脈沖整流器，也還有11 次及以上奇次諧波電流成分。由于晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是殘缺的正弦波，從而留在電網(wǎng)中的也是另一部分殘缺的正弦波，其中就含有大量的諧波成分。由電力電子裝置產(chǎn)生的諧波在所有諧波中所占有的比例是很大的，有將近40%，是最大的諧波源。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大。由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，再加上設計變壓器時為了考慮其經(jīng)濟性，不得不將其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，導致其含有奇次諧波。主要可以歸納為以下幾類：（1）變壓器。故在分析電網(wǎng)諧波問題時，一般不必考慮線路電暈諧波，但需要考慮線路的諧頻阻抗和諧頻導納對諧波的影響，例如放大諧波。因此，發(fā)電機更多的是被看作是吸收諧波的末端支路。因為發(fā)電機雖然也產(chǎn)生主要構成零序分量的三次諧波，但基本上不存在三次諧波端電壓，因此不向電網(wǎng)注入三次諧波。電網(wǎng)中的飽和電抗器和可控電抗器有時也是諧波源，影響著電能質(zhì)量。 電力系統(tǒng)中大量的變壓器群和并聯(lián)（鐵芯）電抗器是重要的諧波源。諧波源是指各類特定的用電設備，即非線性用電設備，或稱非線性電力負荷。當電力系統(tǒng)向非線性設備及負荷供電時，這些設備及負荷在傳遞、變換、吸收系統(tǒng)發(fā)電機所供給的基波能量的同時，又把部分基波能量轉(zhuǎn)換為諧波能量，向系統(tǒng)注入大量的高次諧波。在此基礎上，系統(tǒng)地研究了標準的有關問題，結合國情，吸取國外諧波標準研究成果的基礎上于1993年又發(fā)布了GB／T14549．93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，該標準從1994年3月1日開始實施。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)品的諧波標準，很多國家對諧波也制定了相應的國家標準，一些國家的電壓總諧波畸變率的大致范圍為：低壓電N(I KV)，一般5％，個別3％、7％；中壓電N(24～77kV)，一般2％一5％，個別6％：高壓電網(wǎng)(84kV及以上)，一般1‰1．5％，個別2％．5％。世界許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標準，或由權威機構制定限制諧波的規(guī)定。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，把式中改成即可。諧波分析是計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。當然，非正弦電壓施加在線性電路上時，電流也是非正弦波。 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、積分和微分關系，仍為同頻率的正弦波。 諧波的數(shù)學表達供用電系統(tǒng)中，通常認為電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)交流電壓和交流電流呈正弦波形。如我國電力系統(tǒng)的額定工作頻率為50Hz，故其2 次諧波為100 Hz，其3 次諧波為150 Hz，其4 次諧波為200 Hz……電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍次數(shù)的分量，稱為非諧波或分數(shù)諧波。諧波通常是指一個周期電氣量的正弦波的分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。（4）總結與展望。隨后對非線性負荷諧波源建立了數(shù)學模型，并用數(shù)學公式推導得出了結論。(2) 介紹了諧波的基本概念抑制電網(wǎng)諧波的主要方式，由無源濾波裝置到有源電力濾波裝置的發(fā)展過程及其今后APF 的發(fā)展趨勢。主要包括以下幾個部分?？偟膩碇v，目前我國有源電力濾波技術的工業(yè)應用，仍處于試驗和攻堅階段，特別是在既治理諧波又補償無功功率的HAPF系統(tǒng)方面，還有許多基礎理論與技術有待于深入研究。此外，清華大學、華北電力大學、重慶大學等高等院校也對APF展開了深入的理論研究。理論上涉及到了功率理論的定義、諧波電流的監(jiān)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。電氣化鐵道具有牽引重量大、速度高、節(jié)約能源、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，電力牽引己成為我國鐵路動力改造的主要方向。1．2．2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國在有源電力濾波器的應用研究方面，繼日本、美國、德國等之后，得到學術界和企業(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)得到了十分廣泛的關注，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會(IEEE)等國際性學術組織，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)諧波的相關標準。最近幾十年，電力諧波的研究，已經(jīng)滲透到了許多其它學術領域，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、監(jiān)測方法與技術、限制標準與管理制度等。1．2．1國外研究現(xiàn)狀國外對電力諧波問題的研究大約在五六十年代開始，當時主要是針對高壓直流輸電技術中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題進行研究。因此消除諧波污染，已成為電力系統(tǒng)，尤其是電力電子技術中的一個重大課題。諧波研究的意義，還可以上升到治理污染環(huán)境、維護綠色環(huán)境來考慮。諧波研究的意義，還在于其對電力電子技術自身發(fā)展的影響。20世紀80年代以來，隨著電力電子技術的發(fā)展，非線性電力電子器件和裝置在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應用，不少用戶對電能的利用都要經(jīng)過電力電子裝置的轉(zhuǎn)換和控制，這些裝置給人們生產(chǎn)和生活帶來方便和效率的同時，使電力系統(tǒng)的非線性負荷明顯增加。電能質(zhì)量問題的提出由來已久，衡量電能質(zhì)量的指標也是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而備受關注。電力系統(tǒng)諧波抑制的仿真研究目 錄1 緒論…………………………………………………………………………… 課題背景及目的………………………………………………………… ………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… 本文的主要內(nèi)容……………………………………………………………2 有源電力濾波器及其諧波源研究……………………………………………… 諧波的基本概念………………………………………………………… 諧波的定義……………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… 諧波的產(chǎn)生……………………………………………………………… 諧波的危害和影響……………………………………………………… 諧波的基本防治方法…………………………………………………… …………………………………………………… 有源電力濾波器介紹…………………………………………………… 有源濾波器的基本原理.……………………………………… 有源電力濾波器的分類.……………………………… …………………………………… ………………………………………………………… …………………………… …………………………… ……………………………… 諧波源的數(shù)學模型的研究……………………………………………… 單相橋式整流電路非線性負荷………………………………… 三相橋式整流電路非線性負荷.…………………………………3 基于瞬時無功功率的諧波檢測方法…………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… ……………………………………… ……………………………………… 基于瞬時無功功率理論的諧波檢測算法.…………………… .……………………4并聯(lián)有源電力濾波器的控制策略…………………………………………… ………………………… .……………………………… …………………… …………………………… PWM控制原理………………………………………… ………………………………………… ………………………… ………………………………………… .………………………………………… ………………………………………5 有源電力濾波器仿真分析………………………………………… 仿真電路及主要參數(shù).………………………………………… 仿真結果及分析.………………………………………………6 總結.………………………………………………………………1 緒論隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，電力電子產(chǎn)品廣泛地應用于工業(yè)控制領域，用戶對電能質(zhì)量的要求也越來越高，諧波問題一直被作為最突出的問題之一而受到廣泛的關注。改善電能質(zhì)量，既需要供電部門提高供電質(zhì)量，同時在用戶側就地改善電能質(zhì)量也是很有必要的，相關標準明確指出：用戶的非線性負荷、沖擊性負荷、波動負荷、非對稱負荷對供電質(zhì)量產(chǎn)生影響或?qū)Π踩\行構成干擾和妨礙時，用戶必須采取措施加以消除。在電力系統(tǒng)的發(fā)展早期，電力負荷的組成比較簡單，主要由同步電動機、異步電動機和各種照明設備等線性負荷組成。諧波研究的意義，是因為諧波的危害十分嚴重，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀，還會引起供電電壓畸變，增加用電設備消耗的功率，降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，增加輸電線路的損耗，縮短輸電線壽命，增加變壓器損耗，對電容器有很大影響，造成繼電保護、自動裝置工作紊亂，增加感應電動機的損耗，使電動機過熱，造成換流裝置不能正常工作，引起電力計量誤差，干擾通信系統(tǒng)，對其它設備造成影響。但是，現(xiàn)在電力電子裝置產(chǎn)生的諧波污染已經(jīng)成為阻礙電力電子救贖發(fā)展的重大障礙，它迫使電力電子領域的研究人員必須對諧波問題進行更為有效的研究。對電力電子來說，無諧波就是“綠色的主要標志之一。諧波研究及其抑制技術已日益成為人們關注的問題。到了七八十年代，隨著電力電子技術的發(fā)展及其廣泛應用，諧波問題變得日益嚴重，從而引起各國的高度重視。到目前為止，對諧波這一領域的研究仍然非?；钴S。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。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。目前，非線性負荷的大量增加，使我國不少電網(wǎng)的諧波成分以大大超過了有關標準，并出現(xiàn)了一些危及電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的問題。 但是，我國在有源電力濾波器方面的研究仍處于起步階段，到1989年才有這方面的文章。研究最成熟的是并聯(lián)型，而且主要以理論眼界和實驗研究為主。1991年北方交通大學王良博士研制出3KVA的無功及諧波的動態(tài)補償裝置；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(BJT)叫電壓型濾波器；采用多重化技術剛，西安交通大學研制出120KVA并聯(lián)型有源濾波器的實驗樣機。我國雖在理論上取得一定的進展，由于多方面的條件的限制，我國的有源濾波技術還處于實驗階段，工業(yè)應用上只有少數(shù)幾臺樣機投入運行，如華北電力實驗研究所、冶金部自動化研究院和北京供電公司聯(lián)合開發(fā)研究的有源高次諧波抑制裝置于1992年在北京木材廠中心變電站投入工業(yè)運行，該裝置采用了三個單相全控橋逆變器(功率開關為GTR)，用于低壓電網(wǎng)單個諧波源的諧波補償，且只能補償幾個特定次數(shù)的諧波(113次)，調(diào)制載波的頻率(3．3KHZ)不高；河南電力局與清華大學聯(lián)合開發(fā)的20MVA靜止無功發(fā)生器(包含有源諧波器)在鄭州孟若變電站進行300KVA中間工業(yè)樣機試運行，該樣機主電路由18脈沖電壓型逆變器、直流儲能電容器、9臺曲折繞組變壓器及系統(tǒng)的連接變壓器組成，18脈沖逆變器分為3相6脈沖電壓型逆變器(功率開關為GTO)，系統(tǒng)結構較復雜。 本文主要針對電網(wǎng)諧波的抑制問題，對諧波和電力濾波器做了大量的研究和仿真工作。(1) 首先對課題的背景和國內(nèi)外諧波問題及其現(xiàn)狀進行了描述。介紹了電力諧波的基本概念以及非線性負荷諧波源的產(chǎn)生和影響，并對幾種典型的非線性諧波源進行了分析。 (3) 研究了諧波的檢測方法和有源電力濾波器的控制方法，構建了有源電力濾波器，進行了MATLAB 仿真實驗，仿真結果驗證了該濾波裝置的良好補償性能。2 有源電力濾波器及其諧波源模型研究 諧波的基本概念 諧波的定義電力系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(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，而這部分分量就稱為電網(wǎng)諧波。諧波頻率與基波頻率的比值 （ n =f n / f l ） 稱為諧波次數(shù)。諧波實際上是一種干擾量，污染電網(wǎng)，影響電能質(zhì)量。在進行諧波分析時，正弦電壓通常由下數(shù)學式表示： (21)式(2．1)中：U為電壓有效值，為初相角，為角頻率。但當正弦