基于matlab的低壓電力系統(tǒng)諧波檢測方法仿真研究

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1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書1前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線性用電設(shè)備在電網(wǎng)中大量投運(yùn)，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來越大。它不僅增加了電網(wǎng)的供電損耗，而且干擾電網(wǎng)的保護(hù)裝置與自動化裝置的正常運(yùn)行，造成了這些裝置的誤動與拒動，直接威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行[1]。國際上公認(rèn)的諧波含義為：“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”。它明確了諧波次數(shù)n必須是一個正整數(shù)。由于諧波是其基波的整數(shù)倍，故也常稱為高次諧波。高次諧波產(chǎn)生的根本原因是電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)荷的非線性特性，即所加的電壓和產(chǎn)生的電流不成線性關(guān)

2、系而造成的波形畸變。造成系統(tǒng)正弦波形崎變、產(chǎn)生高次諧波的設(shè)備和負(fù)荷稱為高次諧波源或諧波源[2]。一切非線性的設(shè)備和負(fù)荷都是諧波源。當(dāng)電力系統(tǒng)向非線性設(shè)備及負(fù)荷供電時，這些設(shè)備或負(fù)荷在傳遞(如變壓器)、變換(如交直流換流器)、吸收(如電弧爐)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)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)倒送大量的諧波能量，使系統(tǒng)正弦波形畸變，產(chǎn)生諧波。諧波源產(chǎn)生的諧波與其非線性有關(guān)。當(dāng)前，電力系統(tǒng)的諧波源按其非線性特性分主要有三類[3]：(1)電磁飽和型：各種鐵芯設(shè)備，如變壓器、電抗器等，其磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。(2)電子開關(guān)型：主要為各種交直流換流設(shè)備裝置(整

3、流器、逆變器)以及雙向晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等，在化工、冶金、電氣軌道等大量工礦企業(yè)及家用電器中廣泛使用；在系統(tǒng)內(nèi)部，則如直流輸電中的整流閥和逆變閥等，其非線性呈現(xiàn)交流波形的開關(guān)切合和換向特性。(3)電弧型：各種煉鋼電弧爐在熔化鋼鐵期間以及交流電弧焊接機(jī)在焊接期間，其電弧的點(diǎn)燃和劇烈變動形成的高度非線性，使電流不規(guī)則的波動，其非線性呈現(xiàn)電弧電壓與電弧電流不規(guī)則的、隨機(jī)變化的伏安特性。49中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書由于電力系統(tǒng)施加于負(fù)荷的電壓基本不變，諧波源負(fù)荷通過從電力系統(tǒng)取得一定的電流作功，該電流不因系統(tǒng)外界條件和運(yùn)行方式而改變，同時諧波源固有的非線性伏

4、安特性決定了電流波形的畸變，使其產(chǎn)生的諧波電流具有一定的比例，因此非線性負(fù)荷一般都為諧波電流源向系統(tǒng)注入一定的諧波電流。另外，諧波電流源的諧波內(nèi)阻抗遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的諧波阻抗故諧波電流源在電力系統(tǒng)中一般可按恒流源對待。諧波電流源注入電力系統(tǒng)的諧波電流，在系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生相應(yīng)的諧波壓降，便形成系統(tǒng)內(nèi)部的諧波電壓，使原有的正弦波電壓產(chǎn)生畸變。消除電網(wǎng)諧波的最有效措施就是濾波。傳統(tǒng)的電網(wǎng)濾波方式是采用由電感、電容組成的無源濾波，但無源濾波裝置只能消除電網(wǎng)中固定次數(shù)的諧波，并且易于與電網(wǎng)阻抗相互作用產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振，這樣不僅影響濾波的效果，而且反而可能使諧波放大，達(dá)不到濾波的目的。

5、隨著能有效消除電網(wǎng)諧波的有源濾波技術(shù)的出現(xiàn)，由此技術(shù)構(gòu)成的電力有源濾波器能動態(tài)、實(shí)時地根據(jù)電網(wǎng)中的諧波成分進(jìn)行諧波補(bǔ)償或消除，有良好的濾波效果，并且濾波特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。因此，在技術(shù)上有源濾波比無源濾波有一個大的飛躍。與無源濾波相比，有源濾波具有以下3個特點(diǎn)[4]：(1)不僅能抑制諧波，還可以抑制閃變，補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)。(2)濾波器不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險。(3)具有自適應(yīng)的能力，可自動補(bǔ)償變化的諧波。有源濾波器有著巨大的技術(shù)和性能優(yōu)勢。隨著電力電子工業(yè)的發(fā)展，器件的性價比將不斷提高，有源濾波器必然會得到越來越廣泛的應(yīng)用。有源電

6、力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，其中諧波電流和無功電流檢測是有源電力濾波器裝置(APF)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其檢測速度和精度直接影響著補(bǔ)償裝置的性能。目前常用的諧波電流和無功電流檢測方式主要有：49中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書（1）基于頻域分析的快速傅里葉變換（FFT）檢測法。采用快速傅里葉變換，從變換的電流信號中濾除基波分量，在對余下的分量進(jìn)行反變換，即可得到諧波電流的信號。該方法需要嚴(yán)格的同步采樣，否則會產(chǎn)生諧波電流泄漏；同時還有較大的時間延遲，實(shí)時性不好；適合變化緩慢的負(fù)載；（2）基于瞬時無功功

7、率理論的檢測方法。這種方法適合于三相系統(tǒng)，該方法通過計算負(fù)載的瞬時功率，它包括直流分量和脈動分量。1）p-q法，它適用于電網(wǎng)電壓對稱且無畸變情況下的諧波電流檢測，具有較好的實(shí)時性【5】，2）ip-iq法，也具有較好的實(shí)時性，適合電流的快速檢測，當(dāng)三相電壓不對稱時，該方法對基波有功、諧波和無功電流的檢測存在誤差【6】；（3）同步電流檢測法，該方法的靈活性較大，但是檢測過程中延遲較大，僅適合三相電壓均為正弦波的情況【7】。（4）基于最小補(bǔ)償?shù)碾娏鞯幕冸娏鳈z測法，該方法僅在對單相、三相電網(wǎng)電壓對稱無畸變的無功電流進(jìn)行檢測時才具有優(yōu)勢【8】。此