基于Matlab的低壓電力系統諧波檢測方法仿真研究

1 前言 隨著科學技術的發展，隨著工業生產水平和人民生活水平的提高，非線性用電設備在電網中大量投運，造成了電網的諧波分量占的比重越來越大。它不僅增加了電網的供電損耗，而且干擾電網的保護裝置與自動化裝置的正常運行，造成了這些裝置的誤動與拒動，直接威脅電網的安全運行[1]。 國際上公認的諧波含義為：“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倍”。它明確了諧波次數n必須是一個正整數。由于諧波是其基波的整數倍，故也常稱為高次諧波。高次諧波產生的根本原因是電力系統中某些設備和負荷的非線性特性，即所加的電壓和產生的電流不成線性關系而造成的波形畸變。造成系統正弦波形崎變、產生高次諧波的設備和負荷稱為高次諧波源或諧波源[2]。一切非線性的設備和負荷都是諧波源。 當電力系統向非線性設備及負荷供電時，這些設備或負荷在傳遞(如變壓器)、變換(如交直流換流器)、吸收(如電弧爐)系統發電機所供給的基波能量的同時，又把部分基波能量轉換為諧波能量，向系統倒送大量的諧波能量，使系統正弦波形畸變，產生諧波。諧波源產生的諧波與其非線性有關。當前，電力系統的諧波源按其非線性特性分主要有三類[3]： (1)電磁飽和型：各種鐵芯設備，如變壓器、電抗器等，其磁飽和特性呈現非線性。 (2)電子開關型：主要為各種交直流換流設備裝置(整流器、逆變器)以及雙向晶閘管可控開關設備等，在化工、冶金、電氣軌道等大量工礦企業及家用電器中廣泛使用；在系統內部，則如直流輸電中的整流閥和逆變閥等，其非線性呈現交流波形的開關切合和換向特性。 (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在焊接期間，其電弧的點燃和劇烈變動形成的高度非線性，使電流不規則的波動，其非線性呈現電弧電壓與電弧電流不規則的、隨機變化的伏安特性。 由于電力系統施加于負荷的電壓基本不變，諧波源負荷通過從電力系統取得一定的電流作功，該電流不因系統外界條件和運行方式而改變，同時諧波源固有的非線性伏安特性決定了電流波形的畸變，使其產生的諧波電流具有一定的比例，因此非線性負荷一般都為諧波電流源向系統注入一定的諧波電流。另外，諧波電流源的諧波內阻抗遠大于系統的諧波阻抗故諧波電流源在電力系統中一般可按恒流源對待。諧波電流源注入電力系統的諧波電流，在系統的阻抗上產生相應的諧波壓降，便形成系統內部的諧波電壓，使原有的正弦波電壓產生畸變。 消除電網諧波的最有效措施就是濾波。傳統的電網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中固定次數的諧波，并且易于與電網阻抗相互作用產生并聯或串聯諧振，這樣不僅影響濾波的效果，而且反而可能使諧波放大，達不到濾波的目的。隨著能有效消除電網諧波的有源濾波技術的出現，由此技術構成的電力有源濾波器能動態、實時地根據電網中的諧波成分進行諧波補償或消除，有良好的濾波效果，并且濾波特性不受電網阻抗的影響。因此，在技術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[4]： (1)不僅能抑制諧波，還可以抑制閃變，補償無功，有一機多能的特點。 (2)濾波器不受系統阻抗的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險。 (3)具有自適應的能力，可自動補償變化的諧波。 有源濾波器有著巨大的技術和性能優勢。隨著電力電子工業的發展，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用。 有源電力濾波器是一種用于動態抑制諧波、補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行補償，其中諧波電流和無功電流檢測是有源電力濾波器裝置(APF)的關鍵環節，其檢測速度和精度直接影響著補償裝置的性能。 目前常用的諧波電流和無功電流檢測方式主要有： (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，在對余下的分量進行反變換，即可得到諧波電流的信號。該方法需要嚴格的同步采樣，否則會產生諧波電流泄漏；同時還有較大的時間延遲，實時性不好；適合變化緩慢的負載； (2)基于瞬時無功功率理論的檢測方法。這種方法適合于三相系統，該方法通過計算負載的瞬時功率，它包括直流分量和脈動分量。1)p-q法，它適用于電網電壓對稱且無畸變情況下的諧波電流檢測，具有較好的實時性【5】，2)ip-iq法，也具有較好的實時性，適合電流的快速檢測，當三相電壓不對稱時，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)基于最小補償的電流的畸變電流檢測法，該方法僅在對單相、三相電網電壓對稱無畸變的無功電流進行檢測時才具有優勢【8】。 此外，還有神經網絡檢測法、自適應對消原理檢測法、小波分析檢測法等。這些都是極具有潛力的新型諧波電流和無功電流檢測法【9】【10】【11】【12】。 本文就基于瞬時無功功率諧波檢測法，p-q法和ip-iq法這兩種算法進行理論分析，Matlab仿真驗證和對比 2 諧波及分析工具 2.1電力系統諧波的基本概念 2.1.1 諧波的定義 在供電系統中，通常總是希望交流電壓和交流電流呈正弦波形。正弦電壓可表示為 u(t)=Usin() (2-1) 式中 U—電壓有效值; —初相角; —角頻率, ; f—頻率: T—周期。 正弦電壓施加在電阻、電感和電容這些線性無源元件上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關系，仍為同頻率的正弦波。但當正弦電壓施加在非線性電路上時，電流就變為非正弦波，非正弦電流在電網阻抗上產生壓降，會使電壓波形也變為非正弦波。當然，非正弦電壓施加在線性電路上時電流也是非正弦波。對于周期為T=的非正弦電壓u()，一般滿足狄里赫利條件，可分解為如下形式的傅立葉級數 u()= a0+ (2-2) 式中 ; ; b=; 或 u()= a0+ (2-3) 式中 c, , 和 a, b的關系為 c= ； =arctg(); a= csin; b= ccos； 在式(2-2)或式(2-3)的傅立葉級數中，頻率為1/T的分量稱為基波，頻率為大于1/T的整數倍基波頻率的分量稱為諧波，諧波次數為諧波頻率和基波頻率的整數比。國際上公認的諧波含義為：“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倍”。所以，諧波次

總結

以上是生活随笔為你收集整理的ip iq 谐波检测matlab仿真,基于Matlab的低压电力系统谐波检测方法仿真研究的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。