1、I毕业设计论文题 目： 基于有源滤波器和 FFT 的电力系统谐波检测 方法研究 2015 年 6 月东北电力大学本科毕业设计论文I摘 要电网容量越来越大，越来越多，结构复杂，很多对电力系统非线性负载的谐波污染更加难以控制，谐波的产生将减少能源使用的生产效率;使电气设备过热，振动和噪声，绝缘老化并缩短其寿命，而且还可能造成电力系统当地生产的串联和并联谐振，从而增加高次谐波成分被烧电容器器件。许多类型的电网谐波源，分布广，应指导谐波前，对谐波含量和起始的分布和结束其发生的时间可以掌握，可以控制谐波区分，会降低治疗难度。谐波检测的基础是解决谐波的问题，并且精度和速度动态响应速度的谐波检测电平取决于谐
2、波检测方法中使用的优点。谐波检测方法是模拟滤波器的方法，是根据基于傅立叶瞬时无功功率的谐波检测方法变换谐波检测方法，并基于若干有源滤波器谐波检测方法的方法。关键词 有源滤波器；快速傅里叶变换；瞬时无功功率；谐波检测东北电力大学本科毕业设计论文II东北电力大学本科毕业设计论文IIIAbstractReduce with the power capacity increased and the structure of the complex, a large number of nonlinear load makes the harmonic pollution in power system
3、 becomes more and more serious and complex, harmonic can make electricity production, transmission and utilization efficiency; so that overheating of electrical equipment, vibration and noise, and the insulation aging, shorten the service life, even cause power system produced locally resonant paral
4、lel or series resonant and enlarge the harmonic content, resulting in capacitor equipment destroyed. The types of harmonic sources in power system, widely distributed, if before the harmonic control and on the harmonic distribution, content and the starting and ending time to clear grasp, which can
5、be distinguished on harmonic governance, will reduce the management difficulty. The harmonic detection is the basis of the solution to the harmonic problem. The accuracy of the harmonic detection and the speed of the dynamic response depend on the merits of the method of the harmonic detection. At p
6、resent, commonly used harmonic detection methods mainly include: analog filter and a method based on instantaneous reactive power, the harmonic detection method, harmonic detection method based on Fourier transform and based on active power filter harmonic detection method and so on several methods.
7、Keywords: Active filter; Fast Fourier transform; Instantaneous reactive power; Harmonic detection东北电力大学本科毕业设计论文IV目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论 .51.1 课题背景及意义 .51.1.1 课题背景 .51.1.2 课题研究的意义 .61.2 谐波的来源 .71.2.1 谐波的概念 . 91.2.2 谐波的危害. 101.3 谐波标准. 161.4 谐波治理. 171.5 论文的主要工作. 22东北电力大学本科毕业设计论文V第 2 章 基于有源滤波器的谐波
8、检测方法研究 . . . 232.1 有源电力滤波器的发展历史. .232.1.1 有源滤波器国内研究现状. 232.1.2 有源滤波器的发展趋势. 242.2 有源滤波器的分类.242.3 有源滤波器的主电路形式.252.3.1 并联型有源电力滤波器工作原理.252.3.2 谐波信号检测电路.272.3.3PWM 控制电路.292.3.4 模拟有源滤波器的主电路及接入方式.292.4 有源滤波器的双向补偿特性.302.5 本章小结.31第 3 章 基于快速傅里叶变换的谐波检测方法. 323.1 傅里叶变换理论.32东北电力大学本科毕业设计论文VI3.2 快速傅里叶变换（FFT）应用.323.
9、3 FFT 算法的基本思想. 333.4 FFT 在谐波检测中的应用.343.4.1 信号分解为傅里叶级数.34 3.4.2 信号采样和频谱分析.353.4.3 利用 FFT 算法进行频谱分析.353.5 本章小结.45第 4 章 结 论.46参 考 文 献 .47致 谢 .48附 录 .49东北电力大学本科毕业设计论文7第 1 章 绪 论1.1 课题背景及意义1.1.1 课题背景电网容量越来越大，结构越来越复杂，很多的非线性负载使得电力系统中的谐波污染越发难以治理，谐波的产生会降低电能的生产利用效率；使电气设备过热、产生振动和噪声，老化绝缘，缩短其寿命，还可能引起电力系统局部产生串并联谐振，
10、使谐波含量越来越大，烧毁电容器设备。电网中谐波源的类型很多、分布广，应该在治理谐波前，对各次谐波的分布、含量和其发生的起止时刻能够把握，则可区分对谐波治理，将降低治理难度。谐波检测是解决谐波问题的基础，而谐波检测精度的高低以及动态响应速度的快慢则取决于采用的谐波检测方法的优劣。谐波检测方法有模拟滤波器法、基于瞬时无功功率的谐波检测法、基于傅里叶变换的谐波检测法以及基于有源滤波的谐波检测法等几种方法。模拟滤波器法参数要求较高，实时性差，低精度；基于瞬时无功功率的检测法检测结果误差大，单相电路的检测算法很复杂，实现不容易 6；傅里叶变换及其改进方法的检测法存在频谱泄漏现象和柵栏效应，并且没办法定位
11、暂态信号的发生、结束的时间 7；基于有源滤波的检测法是研究的热点，但有源滤波对低频段进行分解，造成高频段分辨率较低，使高次谐波检测精度降低 8-11。但是有源滤波提供了一种精细的分解方式，有源滤波不仅仅对低频段进行分解，还可以对高频度进行一样尺度的分解，如此使信号分析的分辨率提高，为信号的分析提供了信号特征。即使小波变换解决了高频段进行高分辨率分析的问题，但是在实际中我们多数情况下只关注某一个高频度，或者某一些高频段，并不是全部的高频段，而有源滤波分析对所有的高频段进行高分辨率分析，很显然是加大了运算量，造成识别定位速度慢，信号检测的实时性大打折扣。本文提出了一种基于有源滤波器和 FFT 综合
12、谐波检测方法，先采用 FFT 对信号进行运算得到信号的频率成分，选定需要分析的频段。然后，运用有源滤波器对选定的频段进行分解与重构，得到各次谐波分量以及暂态谐波起止时刻，从而实现东北电力大学本科毕业设计论文8对电力系统谐波信号的识别与定位。运用该方法分别对稳态谐波信号和暂态谐波信号进行仿真分析，将得到的仿真结果与常用的谐波检测方法进行比较，验证本方法对谐波信号检测的实时性和有效性。1.1.2 课题研究的意义很长一段时间以来，我们习惯把供电频率和电压有效值的稳定程度，作为衡量电能质量的两个基本参数。但是最近十年，电子，节能，控制技术有巨大进步。在化工，钢铁，冶金，煤炭和交通部门，很多的用了各种整
13、流设备，比如交直流变换设备，电子电压调整设备，然而以上电力设备和负载以不规则的组合方式，随机的在电网中运行，造成了电力系统中的电压，电流波形严重畸变和三项系统的严重不平衡。电源发出的工频正弦电压，也会在远距离输送分配过程中产生畸变。因此，衡量电能质量不能仅仅用供电频率和电压有效值的稳定程度 1-4。电力系统的电压，电流发生波形畸变后，会对发电，输电，供电系统，用电负载和周围的电磁环境产生危害，现在这种污染发已经和自然环境污染一样，成为一种危害社会的存在。我们称为谐波污染 。对于难以快速，准确地进行动态谐波检测电力系统的实时分析存在的分析方法谐波电流问题，并利用 FFT 谐波分析和稳态谐波 WT
14、 波动，谐波检测自己的优势和双方的快速变化高度互补的特性，提出了一种傅里叶分析和小波变换,与各种谐波分析方法集成。待检测活性的谐波滤波器和傅立叶合成检测算法信号的第一离散小波变换，将原始信号进入部的高频和低频部分。电力系统的谐波源类型，分布广，如果谐波处理之前，对于高次谐波成分和起始的分配和结束其发生的时间能清楚地掌握，可以分化为谐波治理，将减少治理的难度。谐波检测的基础是解决谐波的问题，并且精度和速度动态响应速度的谐波检测电平取决于用于有源滤波器本文谐波检测方法的用 FFT 谐波检测方法的系统的仿真，模拟试验小波的优点分析用时域和频域双倍的分辨率，可以更好地解决傅立叶分析不能解决问题，谐波分
15、析，使用有源滤波算法不仅获得各次谐波的右侧，但也不能解决与傅立叶分析提取时间相关的信号瞬态分量定位暂态分量，电压，电流中断，预测，洼地和瞬态成分检测 有很好的效果 8-11。东北电力大学本科毕业设计论文91.2 谐波的来源一是发电源质量不高产生谐波发电机由于在生产难以实现绝对对称的三相绕组，其核心是很难做到绝对均匀和一些其他的原因，多少功率会产生一定的谐波，但一般很少。二是输配电系统产生谐波传输和分配系统产生电力变压器，变压器铁心的非线性由于饱和磁化曲线的谐波，考虑到经济耦合变压器的设计，它的选择对饱和磁化曲线段附近的磁通密度，从而使磁化电流波形因此尖顶是含有奇次谐波。它的大小和磁路的结构形式
16、，饱和的相关度的核心。该变压器点的核心更远离线性，谐波电流越大，饱和度更高的地方的额定电流的高达 0.5的 3 次谐波电流。三是用电设备产生的谐波晶闸管整流设备。因为在许多方面 SCR 电力机车，铝电池，充电设备，开关电源得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量谐波。我们知道，使用相移控制的可控硅整流装置中，从电网切去正弦波吸收，因而留下给电网是正弦波的缺角的另一部分，显然它含有大量谐波的左侧部分。如果整流装置是一个单相整流电路，在包含奇次谐波电流电感性负载的情况下，其中有 30第三次谐波含量可以达基波;并且当它连接到包含奇次谐波电压，其谐波含量随着电容值的增加的电容负载。如果三相全控整流桥 6 脉冲整流器，变压器初级侧和供给线包含比奇次谐波电流和五倍;如果在 12 脉冲整流器，仍有比奇次谐波电流和 11 倍以上。统计数据显示：由整流单元产生的谐波占了近 40的谐波，这是谐波的最大来源。变频装置。在风机，水泵，电梯等设备中使用的高频器件，利用相位控制的，高次谐波分量是非常复杂的，除了包含整数谐波，还含有分数谐波，这种装置的功率一般较高，与对电网谐波频率控制发展也越来越多。电炉，电石炉。因为三相电加热电极材料难以同时收取访问坚固，使得燃烧不稳定，导致三相不平衡负载，谐波电流所产生的三角形连接的变压器绕组
