1、本科毕业论文（20 届）电力系统谐波及检测方法的研究所在学院专业班级 电气工程及其自动化学生姓名指导教师完成日期IIi目 录摘要 .IAbstract.II1 引言 .11.1 课题研究背景与意义 .11.2 谐波检测方法及其发展过程 .11.3 谐波检测的发展趋势 .21.4 谐波的常见抑制方法 .21.5 本文的写作内容 .22 谐波相关知识的介绍 .22.1 谐波的定义 .22.2 谐波的数学表达 .22.3 谐波的指标 .32.4 谐波的产生 .42.5 谐波的危害 .42.6 谐波治理标准 .43 谐波的常见治理方法 .53.1 加装无源滤波器（PPF， passive power
2、filter） .53.1.1 无源滤波器的定义及分类 .53.1.2 无源滤波器治理谐波的原理 .63.1.3 无源滤波器的优缺点 .73.2 装设静止无功补偿装置 .73.2.1 静止无功补偿器的概述 .73.2.2 静止无功补偿器的分类 .8ii3.2.3 静止无功补偿器的应用 .93.3 有源电力滤波器补偿法 .93.3.1 有源滤波器的特点及分类 .93.3.2 有源滤波器的基本原理 .104 谐波检测方法 .124.1 模拟滤波器法 .124.2 小波变换法 .134.3 基于人工神经网络的谐波检测法 .134.4 基于傅里叶变换的谐波检测法 .144.4.1 傅里叶变换检测法的原
3、理 .144.4.2 傅里叶变换的谐波检测的优缺点 .144.4.3 FFT 应用实例 .154.5 三相电路瞬时无功功率理论 .164.5.1 基于瞬时无功功率理论的 p-q 谐波检测法 .194.5.2 基于瞬时无功功率理论的 ip-iq 谐波检测法 .205 基于瞬时无功理论的 p-q 法的仿真 .21参考文献 .26致谢 .27附录 .28ContentsAbstract.II1 Introduction .11.1 Research background and meaning.11.2 Harmonic detecting method and its development pr
4、ocess .1iii1.3 The development trend of harmonic detection .21.4 Common harmonics suppression methods .21.5 The content of this artical.22 Introduction to harmonic knowledge .22.1 Definition of a harmonic .22.2 Mathematical expression of harmonic.22.3 Harmonic indicators .32.4 Harmonic generation.42
5、.5 Harm of harmonic.42.6 Harmonic standards.43 The Common methods of harmonic controlling .53.1 Installation of passive filter.53.1.1 Definition and classification of passive filters .53.1.2 The principle of passive power filter harmonic.63.1.3 Advantages and disadvantages of passive power filter.73
6、.2 Installation of static var compensation device .73.2.1 An overview of static var compensator.73.2.2 Classification of static var compensator .83.2.3 Application of static var compensator.93.3 Compensation method of active power filter .93.3.1 Characteristics and classification of APF .93.3.2 Basi
7、c principles of active power filter.104 Harmonic detecting method .124.1 Method of analog filters .124.2 Wavelet transform method.13iv4.3 Harmonic detection method based on artificial neural network.134.4 Harmonic detection method based on Fourier transform .144.4.1 Principle of Fourier transform me
8、thod.144.4.2 Advantage and disadvantage of Fourier transform.144.4.3 FFT application examples.154.5 Three-phase circuit instantaneous reactive power theory.164.5.1 P-Q harmonic detection method.194.5.2 ip-iq harmonic detection method .205 Simulation of p-q method based on instantaneous reactive powe
9、r theory.21References .26Acknowledgement.27Appendix.28电力系统谐波及检测方法的研究摘要：近些年来，随着电力市场的不断开放，促进了电力电子技术的空前发展，电能的质量问题也引起了越来越普遍的关注。因为电网中具备非线性用电特性负荷数量一直在增加，产生的大量谐波对电网的污染日益严重，影响到了供电质量以及用户利用的安全性，因而电网谐波及其抑制技术也成为国内外关注的热点课题，为了保证谐波能够得到有效的抑制，我们需要了解谐波的必要的检测方法，这是进行谐波抑制的基础。本文首先介绍了目前国内外对于谐波检测方法的研究现状以及对于对其研究的意义；其次，针对谐波问
10、题，叙述了谐波的相关概念、产生的原因和危害以及国家规定的相关谐波标准；然后介绍了谐波检测的方法，并对常见的谐波抑制方法作了一定的介绍。最后着重研究了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，并通过MATLAB对其进行仿真，进而表明了该方法对于谐波检测具有不受电网电压影响的特点，并也具有良好的检测实用性。关键词：电力系统 谐波检测 有源滤波器 MATLABIIStudy of Power System Harmonic and Its Detecting MethodIIIAbstract In recent years, with the opening of the electricity mar
11、ket, contributed to the unprecedented development of power electronics, power quality problems also attracted more and more attention. Because grid in the has nonlinear electricity characteristics load number has been in increased, produced of large harmonic on grid of pollution increasingly serious
12、, effects to has powered quality and user using of security, thus grid harmonic and inhibit technology also became both at home and abroad concern of hot subject, to guarantee harmonic can get effective of inhibit, we needs understanding harmonic of necessary of detection method, this is for harmoni
13、c inhibit of based. Firstly, the current research situation of detection method for harmonic for the significance of the research and, secondly, for harmonic problems in describing related concepts, causes and harm of harmonics and harmonic standards stipulated by the State; and introduced the metho
14、d of harmonic detection and common introduced certain harmonics suppression methods. Finally focuses on the harmonic detection method based on instantaneous reactive power theory and its simulation by MATLAB, then show that this method for harmonic detection has not affected by voltage characteristi
15、cs and also has good test availability.Key words: Power system; Harmonics detection; Active power filter; MATLAB11 引言1.1 课题研究背景与意义“谐波”一词最早起源于声学。对于谐波的数学分析在 18 世纪和 19 世纪就已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。在 20 世纪 30 年代，由于静止汞弧变流器在早期工业发达国家的使用产生谐波，电力系统的电压波形不再是标准的正弦波波形，从此谐波污染问题也开始引起人们的广泛关注。早期有代表性的对谐波研究的著作是
16、由学者 J.C.Read 于 1945 年发表的The Calculation of Rectifier and Converter Performance Characteristice 。到 50-60 年代，与高压直流输电技术发展的同时，由变流器引起电力系统谐波污染问题的大量论文相继发表，E.W.KimbarkDirect current transmission一文中系统归纳了谐波污染问题。70 年代后，随着电力电子技术的发展，大量的非线性元件的使用，产生了大量的谐波，而由谐波引发的事故则频频发生，且危害深重。国际上针对电网系统深受谐波污染的问题曾召开了多次学术会议，始于 1984 年
17、每隔一年召开的“电力系统谐波国际会议”推动了谐波领域的交流和发展，大量国际学术组织对电力系统谐波及用电设备谐波的标准和规定进行具体限制，与此同时，对谐波问题的研究也快速发展起来。 1在谐波污染的问题研究上，我国起步相对较晚。1988 年由吴竞昌等人出版的电力系统谐波是我国有关谐波问题研究较有影响力的著作。早期在国内有较大影响的代表性著是:1991 年由唐统一等人和容建等人分别翻译了 J.Arrillaga 的电力系统谐波一书、1994 年由夏道止出版的高压直流输电系统的谐波分析及滤波 。近年来由王兆安等人于2005 年出版的谐波抑制和无功功率补偿（第二版） ，这本书是迄今为止，在国内对谐波分析
18、及治理介绍比较全面的著作。 1随着我国国家经济的发展以及科学技术的进步，各种大容量的非线性负荷，尤其是大容量的电力电子负荷的出现，其造成的谐波电流对电力系统各种用电设备及其用户和通信线路的不利影响日趋严重。所以谐波的治理和抑制对于我国而言是相当有必要的，但是，我们如果想能够对谐波进行治理和抑制，首先我们应该能够检测出谐波来，检测出谐波是对谐波进行抑制的前提和基础。1.2 谐波检测方法及其发展过程目前国内外谐波检测的方法主要有以下几种方式 2：（1）傅立叶变换法（2）小波变换法（3）瞬时无功法（4）自适应滤波法 （5）神经网络法（6）模拟滤波器法。下面我们会对其进行一定的介绍。谐波检测实现技术的
19、发展过程大致可以分成三个过程：首先是由 L、C 、R 组成的模2拟滤波器，在二十世纪七十年代之前，它是主要的测量谐波的实现方法，而且目前也还在被应用；然后是不可编程电子器件，随着二极管、三极管的面世，使得越来越多的电子器件被用来对谐波进行检测；最后是可编程的器件，从电子管面世后，尤其是在二十世纪七十年代之后，伴随着电力电子技术的发展，涌现出了各种各样的可编程器件，从而使得以前难以实现的复杂算法可以通过可编程器件得以实现。由于其在实际应用中表现出的巨大的优越性使得它得到了快速的发展，进而产生了许多的可编程器件，比如我们常见的计算机、微处理器和众多的数字信号处理器等等。而且由于它表现出来的巨大的优
20、越性，使得它成为目前最主要的检测谐波的方式。1.3 谐波检测的发展趋势谐波检测的主要发展趋势有以下几个发展方向 3：谐波检测对象研究从以稳态谐波检测研究为主转向非稳态谐波(波动谐波、快速变化谐波) 检测。谐波检测方法研究将以改善 FFT 为主转向探索新的有效方法。谐波检测实现技术研究将以模拟电路技术和不可编程数字电路技术为主转向追求高精度、高速度和高可靠性、高实时性、高鲁棒性的可编程器件技术特别是 DSP 技术 4。谐波理论研究从以传统谐波理论研究为主转向通用谐波理论。1.4 谐波的常见抑制方法提高电能质量、净化电网的一个重要方面就是对电力系统谐波进行抑制。关于抑制谐波的方式主要有 3 种途径 5：第一种就是在谐波源上采取措施，也就是从改进电力电子装置自身入手，使得注入电网的谐波电流含量降低，也就是说以最大的限度避免谐波的产生；第二种则是在电力电子装置的交流侧利用无源滤波器和有源电力滤波器对谐波电流进行补偿，此类方法属于对那些已经产生的谐波进行抑制的有效方法；第三种则是改善和提高供电的环境。1.5 本文的写作内容第二章 本文首先给出谐波的定义、数学表达和指标，然后对谐波的产生原因、危害做一定的介绍，最后给出国家的谐波治理标准。第三章 对谐波治理和抑制的方法做一定的介绍第四章 对谐波检测技术的介绍第五章 通过 MATLAB 对其中的一种检测技术进行仿真
