1绪论
1.1问题的提出与研究意义
根据IEC的定义，电力间谐波是指频率为基波非整数次的波形，也就是说间谐波的频率介于工频和谐波频率之间，它们可能是离散的频率，也可能是以连续频带的形式出现。人们有时候也将间谐波称为分数次谐波，将频率低于工频频率的间谐波，即在我国频率小于SOHz的间谐波称为次谐波，它属于间谐波的一种特殊情况，其原理和其他间谐波的原理是一样的。
1.2研究意义
为了保证电力系统的电能质量，电力间谐波的问题己经越来越被关注。电力间谐波产生的危害有很多，除了和谐波产生类似的危害外如涡流损耗和磁滞损耗，还包括次谐波对变压器的危害、计量仪表的影响、导致继电保护装置误动作、闪变等等，从某种角度看间谐波比谐波的危害更大。谐波检测和抑制理论和实践都很成熟，而且随着变频调速装置和电弧炉装置在电网中的大量使用，并且由于随着间谐波源的变化或者运行状况的改变间谐波的频谱分布或者频率特性都会发生改变，因此间谐波也逐步对电网的影响占据主导地位，间谐波的检测和抑制成为国内和国外学者研究的重点。对于电力系统和用户来说，提高电能质量必然需要制定相应的电能质量标准。
对于间谐波而言，目前尚无公认的指标和限制标准。IEC建议:
(l)限制单个间谐波电压成分至基波分量的1%，2%，3%(根据不同的电压等级)
(2)采用电压闪变的限制标准。
(3)给各个不同的设备或者系统设置不同的合适的限制标准。
因此对于电网工厂用电10kv的电压等级，间谐波电压应低于基波分量的2.5%。
有些论文建议将间谐波的电压或电流等级应低于基波分量的0.2%，笔者认为这是不可取的。因为由于噪音或者检测算法的自身误差等，某些检测算法都不能达到士0.2%的准确率，因此刻意要求间谐波的抑制水平达到那么高的水准也没有意义。
1.2国内外研究现状
1.2.1电力间谐波的检测方法研究
国内国外在检测方法的研究方面做了很多的研究。文献采用快速傅里叶变换FFT来检测电力间谐波。但对于FFT来说，可以准确的检测谐波和基波分量，但是对于非整数次的间谐波却不能检测其频率成分，且产生频谱泄露和栅栏效应的问题。文献采用加Esprit窗来估计间谐波的频率与幅值，该方法也可以精确的检测间谐波，但是可能会得到虚假波峰。文献采用加窗傅里叶变换来检测系统中的谐波间谐波，该方法可以解决快速傅里叶变换产生的栅栏效应和频谱泄露的问题，提高了间谐波的检测精度，但是该算法的频谱分辨率与信号长度成反比，从而无法检测到整数次谐波附近的间谐波。文献采用差值的FFT算法，该方法是一种改进的FFT算法，但还存在上述FFT算法的问题。文献采用小波分解的方法，采用该方法可以分离出各个频带的间谐波，观测到各频带所含间谐波的大小，但是无法准确检测间谐波的峰值及其精确的频率。文献采用小波包分解方法，该方法比小波分析更精确，但是还是存在和小波分解相同的问题。文献采用现代谱分析方法来检测间谐波成分，但是模型阶数的确定还没有好的解决办法。文献采用AR模型来估计间谐波参数，该可以估计间谐波各成分，但其定阶问题还有待解决。文献采用prony分析方法，该方法可以也可以得到间谐波的各参数，但由于其精确度有待提高。文采用支持向量机的方法，该方法也可以得到间谐波的波形，但该方法还在研究中。
1.2.2电力间谐波的抑制方法研究
由于间谐波频域的分散性以及复杂性，国内外对其抑制方法的研究较少，主要还停留在单调谐的无源滤波器的设计上。文献[50]提出采用陷波滤波器的方法来滤除间谐波，这样的方法能用来分析信号，但由于电网电压等级高，器件的绝缘能力等等原因都不能用于实际。
2电力间谐波的产生及危害研究
2.1电力系统中电力间谐波源研究
电力系统中随着电力电力电子技术的发展，且由于变频调速良好的节能和调速性能，交一直一交变频调速器目前广泛应用于交流电动机调速。它主要由两部分组成:整流器和逆变器。整流器为三相可控或者不可控的桥式电路，它可以将三相交流电变为可调压的直流电。逆变器为三相可控桥式电路，它将直流电转换成可调频的三相交流电。其中整流器和逆变器之间的直流部分还包括一个滤波环节，一般为低通电路构成，可以对直流波形进行滤波。如图2.1为三相整流逆变装置，通过控制晶闸管的开断从而来控制输出的频率大小。
从结果上看，变频器只是一个将工频电压或者电流变换成不同频率电压或电流的频率转换器，但从内部原理上看，变频器是一个双向系统，不仅将系统侧电压和电流能变换至电动机侧，而且电动机侧的电压和电流能也同样返回给系统侧。下面我们通过调制理论来分析其产生间谐波的原理。
电网电压通过整流器整流转换成直流电，然后再通过逆变器逆变成需要频率的电压。如图2.2，我国电网工频为50Hz，若电机运行在80Hz则直流侧将会包含80Hz和SOHz的纹波，其中80Hz的纹波为电机侧80Hz的电流通过逆变器调制而成，频率为80Hz的p*k次(P为逆变电路的脉波数，k为整数)，此纹波将通过整流器穿越到系统侧，产生间谐波对系统产生危害。该间谐波源为电流型。
电力间谐波因改变电压过零点或电流过零点使一些过零工作的继电器产生误差，影响传统谐波测量的结果和准确度，甚至可能会产生误动从而造成事故。间谐波分量较高的情况下，会引起过电压保护或过电流保护误动作。如图2.9为工频电压中含有1%的间谐波，注意观察其过零点的情况。当系统电压和基波电压的过零点相差超过一定的标准时，将对测量仪表和控制产生误动作，影响用电质量和操作安全。
3 电力间谐波的特性研究...................... 18-33
3.1 电力间谐波的相序研究...................... 18-23
3.2 含电力间谐波的电压特性分析 ......................23-31
3.2.1 含单个电力间谐波的电压特性...................... 23-26
3.2.2 含一对间谐波的电压特性分析 ......................26-31
3.3 电力间谐波特性与间谐波源的联系 ......................31-32
3.4 本章小结...................... 32-33
4 基于扩展Prony的电力间谐波的分析......................33-42
4.1 扩展Prony算法的基本理论...................... 33-36
4.2 SVD—TLS算法 ......................36-39
4.2.1 SVD算法的基本原理...................... 36-38
4.2.2 改进的SVD—TLS算法...................... 38
4.2.3 p值的确定 ......................38-39
4.2.4 改进SVD—TLS算法在Prony...................... 39
4.3 扩展Prony算法步骤 ......................39-40
4.4 实验仿真 ......................40-41
4.5 本章小结...................... 41-42
5 基于不同间谐波源的电力间谐波抑制装置研究...................... 42-67
5.1 基于无源滤波器的谐振电路产生的电力间...................... 42-47
5.2 基于有源滤波器的变频器产生的电力间谐波...................... 47-57
5.2.1 有源滤波器的原理、结构及其设置 ......................49-52
5.2.2 实验仿真...................... 52-57
5.3 基于串联补偿的电弧炉产生......................计 57-66
5.4 本章小结...................... 66-67
结论
参考文献
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