【正文】 波變換能將電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的高次諧波變換投影到不同的尺度上會明顯表現(xiàn)出高頻、奇異高次諧波的特性，特別是小波包具有將頻率空間進(jìn)一步細(xì)分的特性，將為諧波分析提供可靠依據(jù)。若將小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來對諧波進(jìn)行分析，并設(shè)計和開發(fā)基于小波變換的諧波監(jiān)測儀將會是非常有意義的工作。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于諧波測量，主要涉及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、樣本的確定和算法的選擇，目前已有一些研究成果。該方法利用多層前饋網(wǎng)絡(luò)的函數(shù)逼近能力，通過構(gòu)造特殊的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立了相應(yīng)的諧波測量電路，并給出了電路的訓(xùn)練算法和步驟，矩陣作為輸入，建立相應(yīng)的測量電路，這種方法的自適應(yīng)能力較強(qiáng)。故必須研究新的諧波特辨識方法和數(shù)學(xué)方法，以滿足高精度測量的要求；諧波檢測及量、分析與控制一體化、集成化，使測量系統(tǒng)低成本、高性波檢測理論體系并建立新體系，提出新的諧波檢測方法。裝設(shè)諧波補償裝置的傳統(tǒng)方法就是采用調(diào)諧濾波器。這種方法的主要缺點是補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)的影響，容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使濾波器過載甚至燒毀。盡管如此， 濾波器當(dāng)前仍是補償諧波的最主要手段。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛的重視，并且已在日本等國獲得廣泛應(yīng)用。80年代以來，由于大中功率全控型半導(dǎo)體器件的成熟，脈沖寬度調(diào)制控制技術(shù) ()的進(jìn)步，以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。高功率因數(shù)變流器可近似看成為單位功率因數(shù)變流器。重數(shù)越多，波形越接近正弦波，當(dāng)然電路結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。幾千瓦到幾百千瓦的高功率因數(shù)整流器主要采用PWM整流技術(shù)。對于電流型PWM整流器，可以直接對各開關(guān)器件進(jìn)行正弦控制，使得輸入電流接近正弦波且和電源電壓同相位。同時，也得到接近l的功率因數(shù)。其控制方法有直接電流控制和間接電流控制兩種。整流器配合變流器可構(gòu)成理想的四象限交流調(diào)速用變流器，即雙變流器這種變流器，不但輸出電壓、電流均為正弦波，輸入電流也為正弦波，且功率因數(shù)為1，還可實現(xiàn)能量的雙向傳送，代表了這一技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向。這種電路通常稱為功率因數(shù)校正電路，己在開關(guān)電源中獲得了廣泛的應(yīng)用，因為辦公和家用電器中使用的開關(guān)電源數(shù)極其龐大，因此這種方式必將對諧波污染的抑制做出巨大貢獻(xiàn)。然后對電力系統(tǒng)的諧波檢測進(jìn)行了總結(jié)和討論，最后通過一個實際諧波檢測和抑制的例子闡述了諧波檢測和抑制的方法和意義。在第二章中，對電力諧波的基本概念和特征參數(shù)進(jìn)行了闡述，研究了諧波產(chǎn)生的原因和諧波的危害，以及諧波抑制的方法和實際應(yīng)用價值。 在第四章中，運用所介紹的理論和方法，采用瞬時無功功率理論的ipiq算法，并借助MATLAB進(jìn)行了仿真模型，并最后給出仿真結(jié)果，驗證了該方法的有效性和結(jié)論的正確性。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)己經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。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。、Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。70年代以來，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。 電力諧波的基本概念國際公認(rèn)的諧波定義為：“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。諧波實際上是一種干擾盆，使電網(wǎng)受到“污染”。 諧波的表示方法諧波可以根據(jù)周期性波形，用傅立葉級數(shù)分解得到。正弦電壓施加在線性無源元件如電阻、電感和電容上，其電壓和電流分別為比例 ()、微分()和積分()關(guān)系，仍為同頻率的正弦波。對于滿足狄里赫利條件非正弦電壓可分解為如下的傅立葉級數(shù)： （）其中 或 ()式中、和、的關(guān)系為在式(212)或式(213)的傅立葉級數(shù)中，頻率為的分量稱為基波，頻率為的整數(shù)倍基波頻率的分量稱為諧波，諧波次數(shù)為諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比。 諧波的特征量為了表示畸變波形偏離正弦波形的程度，最常用的特征量有諧波含量、諧波總畸變率和第次諧波的含有率。諧波電壓、電流的諧波含量為： () ()2 諧波總畸變率諧波總畸變率可分為電壓總畸變率和電流總畸變率，可分別定義為： （） （）式中：—基波電壓有效值，一基波電流有效值。 （）式中— 第次諧波電壓有效值(方均根值)；第次諧波電流含有率以表示。當(dāng)電力系統(tǒng)中存在具有非線性的用電設(shè)備時，即使給這些設(shè)備供給理想的正弦波電壓，它取用的電流也是非正弦的，如各種硅整流裝置、晶閘管等，它們遍布于電力系統(tǒng)中，按一定的規(guī)律開閉不同的電路，將諧波電流注入系統(tǒng)。 電力諧波產(chǎn)生的原因在理想的情況下，優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)應(yīng)該提供具有正弦波形的電壓。我們所說的供電系統(tǒng)中的諧波是指一些頻率為基波頻率(在我國取工業(yè)用電頻率為基波頻率)整數(shù)倍的正弦波分量，又稱為高次諧波。這些非線性負(fù)荷在工作時向電源反饋高次諧波，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，使電能質(zhì)量變壞。在電力系統(tǒng)中的發(fā)電，輸電、轉(zhuǎn)換和使用的各個環(huán)節(jié)中都會產(chǎn)生諧波。 用電設(shè)備產(chǎn)生諧波1 晶閘管整流設(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)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近，這是最大的諧波源。2 電弧爐、電石爐由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，從而引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。3 氣體放電類電光源熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。 電力諧波的危害諧波對供電系統(tǒng)和用電設(shè)備危害主要表現(xiàn)有以下幾方面：一、增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻電流流過導(dǎo)體時，因集膚效應(yīng)(當(dāng)交變電流流過導(dǎo)線時，導(dǎo)線周圍變化的磁場也要在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使沿導(dǎo)線截面的電流分布不均勻。1 對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響諧波電壓或電流會在電機(jī)的定子繞組、轉(zhuǎn)子回路以及定子和轉(zhuǎn)子鐵心中引起附加損耗?？偟闹C波損耗可用下式表示： （）式中：為定子第次諧波電流有效值； 為轉(zhuǎn)子第次諧波電流有效值； 為定子基波電流有效值； 為次諧波頻率下考慮集膚效應(yīng)的每相定子電阻； 為次諧波頻率下考慮集膚效應(yīng)的每相轉(zhuǎn)子電阻(折合到定子側(cè))；為電機(jī)的功率。轉(zhuǎn)子第次諧波電流與基波旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩可由下式表示： ()式中：為轉(zhuǎn)子基波電勢(折算到定子側(cè))；為定子基波頻率；為電機(jī)的極對數(shù)。另外3的倍數(shù)次零序電流會在三角形接法的繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，這一額外的環(huán)流可能會使繞組電流超過額定值。3 對輸電線路的影響由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨著頻率的升高而增加。諧波還使三相供電系統(tǒng)中的中性線的電流增大，導(dǎo)致中性線過載供配電線路中的中性線過熱。另外，諧波次數(shù)越高，諧波電流就越趨向表面，當(dāng)頻率在以上(亦即7次諧波及以上)時，集膚效應(yīng)將變?yōu)轱@著。輸電線路存在著分布的線路電感和對地電容，它們與產(chǎn)生諧波的設(shè)備組成串聯(lián)回路或并聯(lián)回路時，在一定的參數(shù)配合條件下，會發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波的頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點附近的諧振區(qū)內(nèi)時，會激勵電感、電容產(chǎn)生部分諧振，形成諧波放大。對于電力電纜線路，由于電纜的對地電容比架空線路約大倍，而感抗約為架空線路的，因此更容易激勵出較大的諧波諧振和諧波放大，造成絕緣擊穿的事故。特別是在諧振的情況下，很小的諧波電壓就會引起很大的諧波電流，使電容器成倍地過負(fù)荷，導(dǎo)致電容器因過流而損壞?；儾ㄐ蜗码妷罕淼恼`差與電壓表的頻率特性之間的關(guān)系可用下式表示： （）式()中：為畸變波形下電壓表的相對誤差；為畸變電壓的總有效值；認(rèn)為各次諧波電壓分量的有效值；為各次諧波頻率下的頻率誤差，取自頻率特性。由于電流表所加的是電流源，因此電流表的內(nèi)電感不影響通過電表的電流，所以電流表指示基本上不隨頻率而改變。至于無功功率的測量，對于不對稱的三相電路，即使波形是正弦的，三相無功功率表的讀數(shù)己毫無意義；如果波形畸變，不但三相無功功率的讀數(shù)無意義，單相無功功率表的讀數(shù)也不代表任何內(nèi)容。當(dāng)輸入的電壓和電流只有一方含有諧波時，雖然在電路中該次諧波的真實功率是零，單在電度表內(nèi)，它和輸人的純正弦工頻電量因畸變而引起的同頻率諧波分量相互作用，仍形成虛假的諧波功率，使電能測量出現(xiàn)隨機(jī)的或正或負(fù)的誤差。三、影響繼電保護(hù)和自動裝盆的工作及其可靠性 對電力系統(tǒng)中以負(fù)序(基波)量為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)和自動裝置的影響十分嚴(yán)重，這是由于這些按負(fù)序(基波)量整定的保護(hù)裝置，整定值小、(如電氣化鐵道、電弧爐等諧波源還是負(fù)序源)則會引起發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)誤動(若誤動引起跳閘，則后果嚴(yán)重)、變電站主變的復(fù)合電壓啟動過電流保護(hù)裝置負(fù)序電壓元件誤動，母線差動保護(hù)的負(fù)序電壓閉鎖元件誤動以及線路各種型號的距離保護(hù)、高頻保護(hù)、故障錄波器、自動準(zhǔn)同期裝置等發(fā)生誤動作，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。另外高壓直流()換流站換相過程中產(chǎn)生的電磁噪聲 ()會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)裝置動作失誤，影響電網(wǎng)運行的安全。即使含有微處理器的系統(tǒng)程序沒有遭到破壞，若地址總線受到干擾，也會有程序失控的危險，使系統(tǒng)進(jìn)人預(yù)想不到的狀態(tài)，甚至陷人意外停機(jī)狀態(tài)。諧波的熱效應(yīng)對白熾燈的壽命影響很大，其等式為：式中：為燈泡壽命 (以額定壽命為基準(zhǔn)值)；為均方根電壓標(biāo)么值(以額定壽命為基準(zhǔn)值)；為基波電壓的標(biāo)么值(以額定值為基準(zhǔn)值)；，畸變系大，會顯著縮短燈泡壽命：而改變諧波電壓相對來說比改變畸變系數(shù)影響更大。對電力用戶而言，可以監(jiān)督供電部門提供的電力是否滿足要求:對于供電部門而言，可以評估電力用戶的用電設(shè)備是否產(chǎn)生了超標(biāo)的諧波污染。主要方法有以下幾種：1 無源濾波器簡單的濾波器是由電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成。濾波器一般采用與諧振源并聯(lián)方式接入配電系統(tǒng)，三相連接可接成型或型。如公司的，其工作原理與并聯(lián)型濾波器的相反，是在的諧振頻率產(chǎn)生高阻抗，而對非的其它頻率電流阻抗很小，其結(jié)果是大部分三次諧波電流被阻斷。由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點，無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補償?shù)闹饕侄?。因而隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。與無源濾波器相比，具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補償各次諧波，可抑制閃變、補償無功，有一機(jī)多能的特點：在性價比上較為合理:濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險；具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。隨著容量的不斷提高，有源濾波技術(shù)作為改善電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用范圍也將從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量的方向發(fā)展。諧波主要由無源濾波器補償，起改善濾波器濾波特性作用，提高總體補償效果，而且它能有效克服濾波器易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的缺點。指令電流運算電路用來檢測補償對象的諧波成分，主電路采用脈寬調(diào)制控制的變流器。這種對諧波補償是一種動態(tài)補償，響應(yīng)很快，即使補償對象電流較大，該裝置也不會發(fā)生過載。 混合型有源電力濾波器原理圖三、加裝靜止無功補償裝快速變化的諧波源如:電弧爐、電力機(jī)車和卷揚機(jī)等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴(yán)重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。四、防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用?？刹扇〈?lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。理論分析表明，換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為和 (為整流相數(shù)或脈動數(shù)，為正整數(shù))。 本章小結(jié)本章首先對電力諧波的基本概念和產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了討論，研究了電力諧波產(chǎn)生的原因，諧波的傳遞和諧波的危害。其次介紹了諧波抑制得方法；在抑制諧波時，應(yīng)充分考慮各種因素的影響，兼顧各個指標(biāo)，選擇合理有效的濾波方案；采用濾波器，應(yīng)以濾波器組的綜合濾波效果為原則，嚴(yán)格避免諧波放大現(xiàn)象的發(fā)生:濾波電容器電容量的選擇既要滿足濾波的要求，也要考慮無功補償?shù)男枰?，還應(yīng)使電容器能承受過電流和過電壓的影響：有源濾波器是一種新型動態(tài)濾波器，其諧波抑制能力大大優(yōu)于濾波器。3 電力諧波電流的檢測與分析方法諧波檢測是諧波問題中的一個重要分支，也是研究分析諧波問題的出發(fā)點和主要依據(jù)。準(zhǔn)確、實時地檢測出電網(wǎng)瞬態(tài)變化的畸變電流、電壓，是眾多國內(nèi)外學(xué)者致力研究地目標(biāo)。 基于傅立葉變換的諧波檢測與分析方法機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次多，各個單元、部件間互相關(guān)聯(lián)及元部件的多樣性使系統(tǒng)建模困難。盾構(gòu)機(jī)的工況條件變化大、并存在過程不確定和外部干擾等因素，根據(jù) 盾 構(gòu) 機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點及工作原理，運用領(lǐng)域?qū)＜抑R，整個盾構(gòu)機(jī)的故障主要可以分成三個單元故障— 刀盤單元、推進(jìn)單元以及螺旋機(jī)單元。因為指數(shù)函數(shù)組，（)是一個完備的正交函數(shù)，所以一個周期函數(shù)也可由指數(shù)函數(shù)的線性結(jié)合來表示: ，（） () 式中：由于指數(shù)函數(shù)是完備的正交函數(shù)組，利用正交性可求上式各項系數(shù)為:， ()將上式與()式比較可得第次諧波項 ， ()式中：和為實數(shù)；和一般為復(fù)數(shù)如令，則 ()將式代入式()可得： ， () ， ()式（）中第次諧波為： ()由此可見