【正文】 從發(fā)電生產(chǎn)到用戶消耗是一個(gè)整體，其流動(dòng)始終處于動(dòng)態(tài)平衡中，并且隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷的改變而不斷變換。電能不易大量存儲(chǔ) ,其生產(chǎn)、輸送、分配和轉(zhuǎn)換過(guò)程直至消耗幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。 (3)傳播性。電能傳播速度快，電氣污染波及面大，會(huì)大大降低相連系統(tǒng)的電能質(zhì)量。電能質(zhì)量擾動(dòng)復(fù)雜多變，事故誘發(fā)條件復(fù)雜，其質(zhì)量的下降造成對(duì)系統(tǒng)用電設(shè)備的損害有時(shí)并不立即顯現(xiàn)，為安全運(yùn)行留下了隱患。電能質(zhì)量的多個(gè)指標(biāo)作用于同一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，綜合給出電能質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是非常困難的。 (6)整體性。要求電力供應(yīng)方、電力使用方、設(shè)備制造商等共同協(xié)作，制定統(tǒng)一和可操作 的合適質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或單獨(dú)的供電質(zhì)量協(xié)議，或者按電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的不同要求實(shí)行分級(jí)控制和管理。 對(duì)于以上電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象，穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可以利用幅值、頻率、頻譜、調(diào)制、缺口深度和面積來(lái)描述，非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可利用上升率、幅值、相位移、持續(xù)時(shí)間、頻譜、頻率、發(fā)生率、能量強(qiáng)度等描述。 電能質(zhì)量指標(biāo)國(guó)內(nèi)外大多取 95%概率值作為 衡量依據(jù)，并需指明監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些指標(biāo)特點(diǎn)也對(duì)用電設(shè)備性能提出了相應(yīng)的要求。 電能質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術(shù)上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個(gè)方面： (1)自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風(fēng)暴、雨雪等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。 (3)電力用戶的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等大量投運(yùn)的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機(jī)車運(yùn)行等對(duì)電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動(dòng)、產(chǎn)生電壓波動(dòng)與閃變等。 (2)三相不 平衡會(huì)使發(fā)電機(jī)工作不正常 , 增加變壓器的附加損耗造成其局部過(guò)熱 , 繼電保護(hù)及自動(dòng)我國(guó)正在積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn) , 特別是 IEC 制定的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)。 (3)電壓偏差超標(biāo)會(huì)使用電設(shè)備的損耗增加、壽命縮短、工作不正常 , 會(huì)破壞電力系統(tǒng)同步運(yùn)行的穩(wěn)定性、電壓的穩(wěn)定性以及電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 (5)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) , 全系統(tǒng)有相同的頻率。 當(dāng)偏差超過(guò)范圍 , 則會(huì)危及設(shè)備的安全 , 嚴(yán)重時(shí)甚至造成系統(tǒng)瓦解崩潰。 2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 綜合新頒布的電磁兼容國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達(dá)國(guó)家的 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，中低壓電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分 5大 類 13個(gè)指標(biāo)。 電壓允許偏差 用電設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)和額定壽命是對(duì)其額定電壓而言的。 衡量點(diǎn)為供用電產(chǎn)權(quán)分界處或電能計(jì)量點(diǎn)。 在工業(yè)企業(yè)中，改善電壓偏差的主要措施有三： (1)就地進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償量，無(wú)功負(fù)荷的變化在電網(wǎng)各級(jí)系統(tǒng)中均產(chǎn)生電壓偏差，它是產(chǎn)生電壓偏差的源，因此，就地進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償量，從源上解決問題，是最有效的措施。在銘牌規(guī)定值的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流 ，使其超前或滯后運(yùn)行，就能產(chǎn)生超前或滯后的無(wú)功功率，從而達(dá)到改善網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的功率因數(shù)和調(diào)整電壓偏差的目的。從總體上 考慮無(wú)功負(fù)荷只宜補(bǔ)償?shù)焦β室驍?shù)為 ～ ，仍然有一部分變化無(wú)功負(fù)荷要電網(wǎng)供給而產(chǎn)生電壓偏差，這就需要分區(qū)采用一些有效的辦法來(lái)解決，采用有載調(diào)壓變壓器就是有效而經(jīng)濟(jì)的辦法之一。 《 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》 (GB/145291993)中規(guī)定了各電壓等級(jí)的總諧波畸變率，各單次奇次電壓含有率和各單次偶次電壓含有率的限制值。 電壓波動(dòng)和閃變 電壓波動(dòng) (Fluctuation)即電壓方均根值一系列的變動(dòng)或連續(xù)的改變；閃變 (Flick) 即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，是由波動(dòng)負(fù)荷，如電弧爐、軋機(jī)、電弧焊機(jī)等引起的。 上述 內(nèi)的數(shù)值僅適用于公共連接點(diǎn) (PCC)連接的所有用戶為同電壓等級(jí)的用戶場(chǎng)合， Pst 為短時(shí)閃變值，即衡量短時(shí)間 (若干分鐘 )內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量值； Plt為長(zhǎng)時(shí)閃變值，它由 Pst推算出，反映出長(zhǎng)時(shí)間 (若干小時(shí) )內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量值。 而且該標(biāo)準(zhǔn)還解釋：不平衡度允許值指的是在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的最小方式下負(fù)荷所引 起的電壓不平衡度為最大的生產(chǎn) (運(yùn)行 )周期中的實(shí)測(cè)值，例如煉鋼電弧爐應(yīng)在熔化期測(cè)量等。即正常運(yùn)行方式下不平衡度允許值，對(duì)于波動(dòng)性較小的場(chǎng)合，應(yīng)和實(shí)際測(cè)量的五次接近數(shù)值的算術(shù)平均值 對(duì)比；對(duì)于波動(dòng)性較大的場(chǎng)合，應(yīng)和實(shí)際測(cè)量的 95%的概率值對(duì)比；以判斷是否合格。 電網(wǎng)頻率 《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》 (GB/159451995)中規(guī)定：電力系統(tǒng)頻率偏差允許 值為，當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，偏差值可放寬到 +～ ，標(biāo)準(zhǔn)中并沒有說(shuō)明系統(tǒng)容 量大小的界限，而在《全國(guó)供用電規(guī)則》中有規(guī)定： “ 供電局供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在 3GW及以下者為 ；電網(wǎng)容量在 3GW以上者為 ” 。 暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓 由于開關(guān)操作或雷擊等原因引起，暫時(shí)過(guò)電壓與瞬態(tài)過(guò)電壓是直接危及電力設(shè)備安全運(yùn)行的重要原因之一，以往只是對(duì)電器設(shè)備的耐壓水平進(jìn)行考核，而對(duì)電網(wǎng)中實(shí)際產(chǎn)生的過(guò)電壓水平則無(wú)限制。 《電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》 GB/184812021標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù) ，按過(guò)電壓的波形特點(diǎn)分為兩大類，因?yàn)槭沁^(guò)電壓波形，幅值和持續(xù)時(shí)間決定了對(duì)設(shè)備 絕緣和保護(hù)裝置的影響。雖然 “ 操作過(guò)電壓 ” ， “ 雷電過(guò)電壓 ” 通常分別由操作 (或故障 )及雷電放電所引起，但其波形特征未必總是如此。因此，本標(biāo)準(zhǔn)中所謂的 “ 操作 ” 、 “ 雷電 ” 過(guò)電壓是指可分別用緩波前的操作沖擊和快波前的雷電沖擊塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 5 來(lái)代表的過(guò)電壓。理論上看，非線性負(fù)荷是配電網(wǎng)諧波的主要產(chǎn)生因素。周期性的畸變波形經(jīng)過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)分解后，那些大于基頻的分量被稱作諧波。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)系統(tǒng)短路、開路等事故，而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入暫態(tài)過(guò)程引起的諧波，將不歸屬諧波治理的范疇。諧波按其性質(zhì)和波動(dòng)的快慢可分成四類：準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波、波動(dòng)諧波、快速變化的諧波和間諧波四類。由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。隱極機(jī)多用于汽輪發(fā)電機(jī)，凸極機(jī)多用于水輪發(fā)電機(jī) 。當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓高于額定電壓的 10％以上時(shí)，由于電機(jī)的磁飽和，會(huì)使電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓偏移在 177。 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， 也就是說(shuō)非線性用電設(shè)備是主要的諧波源，非線性用電設(shè)備主要有以下四大類： （ 1） 電弧加熱設(shè)備：如電弧爐、電焊機(jī)等。 （ 3） 交流整流再逆變用電設(shè)備：如變頻調(diào)速、變頻空調(diào)等。 這些用電設(shè)備都是非線性用電設(shè)備，但它們產(chǎn)生的諧波各不相同，具體舉例分析如下 ： ① 電弧加熱設(shè)備是由于電弧在 70伏以上才會(huì)起弧，才會(huì)有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電 壓的非線性（如圖 31所示）。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波污染比較大，而且多為 18次以下的低次諧波污染。由于當(dāng)時(shí)電弧加熱設(shè)備量少，電焊機(jī)應(yīng)用的同時(shí)率就更小了，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響比較小 ， 但在當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)在燒電焊時(shí)，局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化很大，有較大的諧波影響。這類用電設(shè)備為了提供平穩(wěn)的直流電源，在整流設(shè)備中加入了儲(chǔ)能元件（濾波電容和濾波電感），從而使閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。 ③ 交流整流再逆變用電設(shè)備，在交流變直流過(guò)程中產(chǎn)生的諧波與上述的交流整流直流用電設(shè)備一樣，它在直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流電流，這類設(shè)備產(chǎn)生的 諧波分量不僅有低次諧波，也有高次諧波 (如圖 33所示 )。 ④ 開關(guān)電源設(shè)備目前應(yīng)用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過(guò)開關(guān)管控制變壓器初級(jí)電流的開通和關(guān)閉，從而在變壓器二次側(cè)感應(yīng)出電流，供給用電設(shè)備。這類用電設(shè)備同樣是單臺(tái)容量不大，但它是應(yīng)用面最廣、量最大的非線性用電設(shè)備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線電流居高不下，而且三次諧波還會(huì)通過(guò)配變污染到 10kV電網(wǎng)。 本設(shè)計(jì)是在離散采樣的基礎(chǔ)上，采用快速傅立葉變換（ FFT）將電壓，電流模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ）采樣得到的數(shù)字信號(hào)中各次諧波在頻域中分離，求出各次諧波頻 率及諧波畸變率 THD。 離散傅立葉變換（ DFT） : 設(shè) ()xn 為 N點(diǎn)的有限長(zhǎng)序列，則其正變換 DFT 為： 10( ) ( )N nkNnX k x n W??? ? 0,1, , 1kN?? 逆變換 IDFT為： 101( ) ( )N nkNkx n X k WN? ??? ? 0,1, , 1nN?? 其中， 2/i pi NNWe?? 快速傅立葉變換（ FFT） : 在傅立葉變換的基礎(chǔ)上 ,利用指數(shù)函數(shù)的周期性、對(duì)稱性和正交性 ,提出一種將離散傅立葉變換的計(jì)算量顯著減少的計(jì)算技術(shù) ,這就是快速傅立葉變換 (FFT) 。 信號(hào)指令信號(hào)返回單片機(jī)逆變器整流器塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 7 一般來(lái)說(shuō)，一個(gè) N點(diǎn)的離散傅立葉變換是一個(gè) N維的復(fù)線性運(yùn)算，其計(jì)算量為 2N 次復(fù)數(shù)乘法和 N(N一 l)次復(fù)數(shù)加法，直接計(jì)算 DFT，乘法次數(shù)和加法次數(shù)都是和 2N 成正比的，當(dāng) N很大的時(shí)候，運(yùn)算量是十分可觀的。而當(dāng) N=1 204時(shí)， DFT所需復(fù)數(shù)乘法為 1， 048， 576 次，即一百多萬(wàn)次復(fù)乘運(yùn)算 )。如果將 N點(diǎn)的 DFT分解為兩組 2N點(diǎn)的 DFT，然后把他們加 起來(lái)，其計(jì)算量減少到 22N 次復(fù)數(shù)乘法和 22 次復(fù)數(shù)加法。 FFT的算法有 20多種，在這里以時(shí)間抽取 (DIT)基 2FFT算法為例來(lái)說(shuō)明： 這種算法是將輸入序列在時(shí)域上的次序按偶數(shù)和奇數(shù)來(lái)抽取，對(duì)于任意一個(gè) 2MN? 點(diǎn)長(zhǎng)序列的DFT運(yùn)算，可以采用 M次分解，最后分解成 2點(diǎn)的 DFT運(yùn)算的組合，從而降低了運(yùn)算量。這序列按 n的奇偶分為兩組 : 12(2 ) ( )(2 1) ( )x r x rx r x r??? ( 0,1, , 1)2Nr ?? （ 31） 則可將 DFT 化為如下形式，其中 X(k)是 x(n)的離散傅立葉變換系數(shù)， 2()nink NNWl?? ? ?1011222 ( 2 1 )001122221200( ) ( )()( 2 ) ( 2 1 )( ) ( ) ( ) ( )NnkNnNNr k r kNNrrNNr k k r kN N NrrX k D FT x nx n Wx r W x r Wx r W W x r W?????????????? ? ???????? （ 32） 又由于有 22NNWW? 則上式可以表示成 112212220012( ) ( ) ( )( ) ( )NNr k k r kN N NrrkNX k x r W W x r WX k W X k?????????? 0,1, , 12Nr ?? 式子中的 1()xk和 2()xk分別是 1()xr及 2()xr的 2N 點(diǎn)的 DFT： 11221 1 2 20011222 2 2 200( ) ( ) ( 2 )( ) ( ) ( 2 1 )NNrk rkNNrrNNrk rkNNrrX k x r W x r WX k x r W x r W??????????? ? ????? （ 33） 由該式可以看出，一個(gè) N點(diǎn)的 DFT已經(jīng)分解成兩個(gè) 2N 點(diǎn)的 DFT，它們按（ 32）式又組合成一塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 8 個(gè) N 點(diǎn) DFT。而 X(k)卻是 N點(diǎn)的，而用（ 32）式計(jì)算得到的只是 X(k)的前一半項(xiàng)數(shù)的結(jié)果，要用 1()xk和 2()xk來(lái)表達(dá)全部的 X(k)值，還必須應(yīng)用系數(shù)的周期性，即 ( 2 )22rk r k NNNWW ?? 這樣可以得到： 1122 ( 2 )1 1 2 1 2 100( ) ( ) ( ) ( )2NNr N k r kNNrrNX k x r W x r W X k?? ???? ? ? ??? （ 34） 同理可得： 22( ) ( )2NX k X k?? （ 35） 式 (44)和 (45)說(shuō)明了后半部分 k值（ 12N kN? ? ?）所對(duì)應(yīng)的 1()xk和 2()xk分別等于前半部分 k值 (0 )2Nk??所對(duì)應(yīng)的 1()xk和 2()xk。 既然如此，由于 N=2L （ L為整數(shù)），因而 2N 仍是偶數(shù)，可進(jìn)一步把每個(gè) 2N 點(diǎn)的子序列再按奇偶數(shù)部分分解為兩個(gè) 4N 點(diǎn)的子序列。以此類推，對(duì)于 N= 2L (L 為整數(shù) )點(diǎn)的 FFT，最多可以經(jīng)過(guò) 2NLog 級(jí)運(yùn)算，其每級(jí) (每列 )計(jì)算都由若干個(gè)蝶形運(yùn)算單元構(gòu)成，每一個(gè)蝶形結(jié)構(gòu)完成下述基本迭代運(yùn)算 : 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)