有源滤波装置中谐波与无功电流检测算法的研究(附件)
近年来，随着电力电子装置的应用日益广泛，谐波对电网造成的危害也日趋严重。目前，对于电力电子装置和其他谐波源谐波污染的治理，主要是采用有源电力滤波器，而其中的关键技术便是谐波电流检测。本文首先对pq电流检测算法和ip-iq电流检测算法进行了理论介绍，重点分析了ip-iq检测算法，并进行仿真验证，提出优化的算法。然后又介绍了FBD算法，同样进行了理论分析和仿真验证，并且与ip-iq电流检测方法相比，提出优化的算法。最后通过降低计算量、引入反馈和改进滤波器等手段，最终得出一种新型的FBD算法，并进行了理论分析和仿真实验验证，结果也证明了新型算法的可行性。文章最后，对全文进行总结以及对谐波测量与抑制问题进行展望。关键词 谐波，有源滤波器，ip-iq法，FBD法
目 录
1 引言 1
1．1 谐波问题 1
1．2 有源电力滤波技术 3
1．3 本课题研究重点 7
2 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测算法 8
2．1 pq电流检测算法 8
2．2 ipiq电流检测算法 12
2．3 仿真分析 14
2．4 本章小结 18
3 基于Fryze功率理论的谐波与无功的检测算法 18
3．1 FBD检测算法原理 19
3．3 改进的FBD算法 22
3．4 仿真分析 23
3．5 ipiq算法与FBD法比较 26
4 一种新型的检测算法研究 27
4．1 算法基本原理 27
4．2 基本实现方法 28
4．3 改进后的FBD算法框图 32
4．4 仿真分析 33
5 结论与展望 35
5．1 新型算法的应用 35
5．2 展望 36
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
1 引言
随着工业社会不断发展，电力已经成为当代生产和生活中不可或缺的能源形式。 然而为了能够更加充分地高效地利用电能，各式各样的电力电子装置也应运而生。 但是由于这 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
些装置的不断应用，无法避免地会对电网的设备运行带来各种危害，造成电网电流畸变、电压不稳定、产生大量谐波污染。不仅仅如此，电力电子装置中也含有较高的无功成分含量，在电力系统运行时中也会产生更大的危害，在电能传输过程中，电能质量急剧降低、输电效率也变得很低，设备运行变得不稳定。其中，谐波电流和谐波电压一直是电网运行中最严重的污染问题，谐波检测和无功补偿问题逐渐受到重视。各式各样的检测设备和补偿设备也应运而生。
1．1 谐波问题
1.1.1 谐波产生的原因
谐波有很多来源。主要有三个方面: 一是供电质量不好；二是电力系统产生的谐波；三是用电设备产生谐波。其中，前两种影响较小，数目最多的谐波是非线性设备造成的。在电网中，主要有下列设备产生谐波：
（1）晶闸管整流设备。近年来，我们生活的中出现了越来越多的含有晶闸管整流的设备，常见的如我们使用的电动汽车及其配套的充电器等。
（2）变频装置。在我们生活中变频装置应用的很普遍，比我们常坐的电梯。这些设备因为采用了相位控制，所以才能实现准确的速度调节。但是因此也带了谐波的问题。特别是其成分的复杂。除了常见的整数次谐波，也出现了分数次谐波。
（3）电弧炉、电石炉。当电炉内燃烧时，炉料可能因为燃烧不完全，出现上下落差大的情况，导致三相电极很难同时接触它们。出现燃烧不稳定，造成三相负荷的不平衡。谐波电流会经过变压器的三角形连接线圈流入电网。谐波含量主要为谐波。
（4）气体放电类电光源。在我们生活中最常见的荧光灯就属于这类。通过研究，人们发现这类光源非线性严重。甚至有些伏安特性是负的，这会使奇次谐波电流流入电网。
（5）家用电器。家中的生活电器因为大都含有调压整流装置，所以会有深层次奇次谐波产生。因为家中电器也包含绕组设备，所以会有电流不平衡的现象，导致波形的波动。虽然它们功率小，但是总量大，所以也不能忽视。
1.1.2 谐波的危害
随着电力电子技术的不断地发展在电网中大量应用，谐波正变得愈发严重，引起人们的警觉。谐波对电网和其他方面的危害如下：
（1）电网中的设备无法正常工作。会造成设备产生多余的损耗。线路中大量的谐波流过中线时会使其过热，引起火灾。
（2）功率因数降低。电力谐波能通过电容器进行放大，容易使电容器发生损害，甚至不能投入，导致系统功率因数降低。
（3）使电动机性能变差。对电动机来说，谐波会使其产生机械振动和噪声还会引起额外的损耗。除了基波对电动机转矩做功，谐波也会造成谐波转矩。在电动机低速工作时会使转矩有较大的改变,严重时可能会导致电动机在低速“爬行”。
（4）电器无法正常工作。谐波仅会导致其产生机械振动和过电压。会因此造成过多的损耗导致设备过热。进而引发电容器、电线等过热。造成绝缘变差，寿命降低或者损坏。
（5）使电网发生并联谐振和串联谐振，放大谐波电流，虽然理论上是电流无穷大的，但实际上电流放大了十几倍甚至几十倍，经常使电容器和电抗器烧毁，造成不可挽回的损失。
（6）继电器保护和自动装置误动，使测量仪器测量不精准，这都是电网的安全隐患。
（7）影响通信系统。影响人们正常的通话，数据传输。造成信息缺失，可能引起安全和经济损失等问题。
1.1.3 谐波抑制研究
早在20世纪50年代，就有一些学者就电力系统谐波检测发表了大量论文。在国际上也经常举行有关谐波问题的学术会议，随着各种谐波测量设备应运而生，统一的谐波治理标准也逐渐被制定出来，我国对于谐波问题的研究从上世纪八十年代开始也逐渐发展起来。但是到目前为止，对于谐波与无功的治理依然存在一些问题，例如像是谐波对于功率因数的影响，亦或是对于谐波的电网损耗计算，这些问题研究还较少。此外，实际检测中也能发现，电流畸变一直是影响谐波的重要因素。所以，几年来许多学者进行谐波分析时，一般都忽略电网电压畸变，而将电流谐波问题放在首要位置。
目 录
1 引言 1
1．1 谐波问题 1
1．2 有源电力滤波技术 3
1．3 本课题研究重点 7
2 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测算法 8
2．1 pq电流检测算法 8
2．2 ipiq电流检测算法 12
2．3 仿真分析 14
2．4 本章小结 18
3 基于Fryze功率理论的谐波与无功的检测算法 18
3．1 FBD检测算法原理 19
3．3 改进的FBD算法 22
3．4 仿真分析 23
3．5 ipiq算法与FBD法比较 26
4 一种新型的检测算法研究 27
4．1 算法基本原理 27
4．2 基本实现方法 28
4．3 改进后的FBD算法框图 32
4．4 仿真分析 33
5 结论与展望 35
5．1 新型算法的应用 35
5．2 展望 36
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
1 引言
随着工业社会不断发展，电力已经成为当代生产和生活中不可或缺的能源形式。 然而为了能够更加充分地高效地利用电能，各式各样的电力电子装置也应运而生。 但是由于这 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
些装置的不断应用，无法避免地会对电网的设备运行带来各种危害，造成电网电流畸变、电压不稳定、产生大量谐波污染。不仅仅如此，电力电子装置中也含有较高的无功成分含量，在电力系统运行时中也会产生更大的危害，在电能传输过程中，电能质量急剧降低、输电效率也变得很低，设备运行变得不稳定。其中，谐波电流和谐波电压一直是电网运行中最严重的污染问题，谐波检测和无功补偿问题逐渐受到重视。各式各样的检测设备和补偿设备也应运而生。
1．1 谐波问题
1.1.1 谐波产生的原因
谐波有很多来源。主要有三个方面: 一是供电质量不好；二是电力系统产生的谐波；三是用电设备产生谐波。其中，前两种影响较小，数目最多的谐波是非线性设备造成的。在电网中，主要有下列设备产生谐波：
（1）晶闸管整流设备。近年来，我们生活的中出现了越来越多的含有晶闸管整流的设备，常见的如我们使用的电动汽车及其配套的充电器等。
（2）变频装置。在我们生活中变频装置应用的很普遍，比我们常坐的电梯。这些设备因为采用了相位控制，所以才能实现准确的速度调节。但是因此也带了谐波的问题。特别是其成分的复杂。除了常见的整数次谐波，也出现了分数次谐波。
（3）电弧炉、电石炉。当电炉内燃烧时，炉料可能因为燃烧不完全，出现上下落差大的情况，导致三相电极很难同时接触它们。出现燃烧不稳定，造成三相负荷的不平衡。谐波电流会经过变压器的三角形连接线圈流入电网。谐波含量主要为谐波。
（4）气体放电类电光源。在我们生活中最常见的荧光灯就属于这类。通过研究，人们发现这类光源非线性严重。甚至有些伏安特性是负的，这会使奇次谐波电流流入电网。
（5）家用电器。家中的生活电器因为大都含有调压整流装置，所以会有深层次奇次谐波产生。因为家中电器也包含绕组设备，所以会有电流不平衡的现象，导致波形的波动。虽然它们功率小，但是总量大，所以也不能忽视。
1.1.2 谐波的危害
随着电力电子技术的不断地发展在电网中大量应用，谐波正变得愈发严重，引起人们的警觉。谐波对电网和其他方面的危害如下：
（1）电网中的设备无法正常工作。会造成设备产生多余的损耗。线路中大量的谐波流过中线时会使其过热，引起火灾。
（2）功率因数降低。电力谐波能通过电容器进行放大，容易使电容器发生损害，甚至不能投入，导致系统功率因数降低。
（3）使电动机性能变差。对电动机来说，谐波会使其产生机械振动和噪声还会引起额外的损耗。除了基波对电动机转矩做功，谐波也会造成谐波转矩。在电动机低速工作时会使转矩有较大的改变,严重时可能会导致电动机在低速“爬行”。
（4）电器无法正常工作。谐波仅会导致其产生机械振动和过电压。会因此造成过多的损耗导致设备过热。进而引发电容器、电线等过热。造成绝缘变差，寿命降低或者损坏。
（5）使电网发生并联谐振和串联谐振，放大谐波电流，虽然理论上是电流无穷大的，但实际上电流放大了十几倍甚至几十倍，经常使电容器和电抗器烧毁，造成不可挽回的损失。
（6）继电器保护和自动装置误动，使测量仪器测量不精准，这都是电网的安全隐患。
（7）影响通信系统。影响人们正常的通话，数据传输。造成信息缺失，可能引起安全和经济损失等问题。
1.1.3 谐波抑制研究
早在20世纪50年代，就有一些学者就电力系统谐波检测发表了大量论文。在国际上也经常举行有关谐波问题的学术会议，随着各种谐波测量设备应运而生，统一的谐波治理标准也逐渐被制定出来，我国对于谐波问题的研究从上世纪八十年代开始也逐渐发展起来。但是到目前为止，对于谐波与无功的治理依然存在一些问题，例如像是谐波对于功率因数的影响，亦或是对于谐波的电网损耗计算，这些问题研究还较少。此外，实际检测中也能发现，电流畸变一直是影响谐波的重要因素。所以，几年来许多学者进行谐波分析时，一般都忽略电网电压畸变，而将电流谐波问题放在首要位置。
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