【《谐波与有源电力滤波基本理论探析概述》2600字】

致谢17第5章讨论15谐波与有源电力滤波基本理论分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u22928谐波与有源电力滤波基本理论分析概述 114821.1谐波分析 1178221.1.1谐波的定义 1259281.1.2电流的功率特性 289031.2常用的谐波检测算法分析 399821.3有源电力滤波器的基本原理与分类 51.1谐波分析1.1.1谐波的定义经过多年的发展，国内外的专家对谐波有统一的定义：在电力系统中，谐波作为正弦波电气量的一个分量，其中电压、电流都是正弦波，正弦电压可以表示为：（2-1）在式（2-1）中，代表的是电压的有效值，表示的是电压的初相角，表示的是角频率。如果是对一个电气周期进行分析，可以将周期定为，可以得到非正弦电压的分解傅里叶级数，得到：（2-2）在式（2-2）中，，，，或者可以利用式进行表示为：（2-3）在式（2-3）中，可以得到各个参数的表达式为：（2-4）同理，负载电流由于发生畸变，在电力系统中对电流的各次谐波分量进行分析，按傅立叶级数分解为：（2-5）在傅里叶级数中，可以根据频率和基波之间的关系，对非正弦的电压和电流进行分析，可以得到次谐波电压的含有率，即是：（2-6）在式（2-6）中，表示的是第次谐波电压的有效值方均根值，表示的是基波电压的有效值。同样，次谐波电流的含有率，即是：（2-7）在式（2-7）中，表示的是第次谐波电流的有效值方均根值，表示的是基波电流的有效值。在电力系统中，其中的谐波电压含量和谐波电流的含量可以表示为：（2-8）（2-9）可以得到在系统中的电压和电流的总畸变率分别为：（2-10）（2-11）1.1.2电流的功率特性根据电力系统中，基波瞬时功率为：（2-12）根据有功功率和无功功率的特点，分别计算了基波的瞬时有功功率和无功功率：（2-13）（2-14）谐波瞬时功率为：（2-15）1.2常用的谐波检测算法分析根据电力系统的发展，主要的谐波检测算法有傅里叶变换算法、瞬时无功功率理论算法、自适应算法、小波分析算法和神经网络算法。（1）傅里叶变换算法傅里叶变换算法使用傅里叶级数将电力系统中的电流或电压分解为直流、基波和谐波成分。在傅里叶级数中，基波被表示为根据分解得到的频率是1/T的分量，谐波用频率大于基频整数倍的整数分量表示，谐波频率与基频的比值用谐波数表示。傅里叶变换算法在谐波检测中具有较好的检测精度和速度，使用灵活性较强，但是在使用中需要注意的是存在频谱泄露和混叠的问题，造成检测相位出现较大的误差，这种方法主要使用在硬件电路系统、电网谐波检测系统中。（2）瞬时无功功率理论算法瞬时无功功率理论算法主要是针对三相电路瞬时无功功率的研究，在三相电路中采用瞬时实功率和瞬时虚功率通过在在坐标系中，滤波器去除高次谐波后得到基波直流分量，然后通过逆坐标变换和三相输入电流减法检测谐波电流，也称之为检测算法。该方法广泛应用于三相电路中，检测响应速度快，精度高，易于实现，但硬件成本高，常用于谐波控制环节，如有源电力滤波器(apf)，利用瞬时无功功率理论检测谐波电流。（3）自适应算法通过信号的自适应干扰抵消处理的数据(谐波)自动调整的算法。它通常由自适应滤波器和所需的算法组成，其中输出信号与期望信号的差值作为误差信号，并用自适应算法迭代得到最优误差信号，以达到更接近期望的效果。常用的自适应预测滤波器的原理如图2-1所示。图2-1自适应预测滤波器原理图自适应算法在谐波检测中具有较强的自动调节能力，计算量小，检测精度高，但存在检测响应慢的缺陷。自适应检测算法在电力系统继电保护等工程控制中得到了广泛的应用。（4）小波分析算法小波分析是一种基于快速傅里叶变换原理的信号分析算法，但与傅里叶变换不同的是，小波变换具有根据频率自动调整窗口的能力，并具有优良的局部化特性。分析算法是目前应用最广泛的谐波检测算法之一。小波变换算法具有很强的时频局部化特性，能够检测出不稳定信号的谐波;然而，小波变换在实际应用中计算量大，母小波函数不易判断，频带重叠，影响谐波检测的稳定性。小波分析算法作为傅里叶算法的一种导数，常与fft算法相结合，用于检测信号不稳定的地方。（5）神经网络算法神经网络的产生和发展具有较为久远的历史，近几年，神经网络被应用到较多领域中，成为一种交叉学科。对神经元的使用主要是通过模仿神经元的信息处理方式，以达到对计算机或其他系统中出现的难题处理的目的。利用人工的神经网络信息处理方式也被应用到电力系统中的一些领域，在处理复杂的故障类型与故障信号之间存在的逻辑关系时的应用尤为重要。同时，在没有专家进行指导的具体实践中，其作用更为凸显。其本质上就是通过模拟人脑对事物的处理方式，具有较为强大的特性。人工神经网络是较为复杂的系统，不过在此系统中，人工神经元作为其中一个单元而存在，属于从本处理单元，神经元模型如图2-2所示。图2-2神经元模型示意图神经网络是一个由多种神经元组成的复杂多元系统，它的构成不是单一化的，而是复杂化的按照特定方式的连接组合。由于神经网络的复杂性且组织结构有所不同，使得神经网络算法也具有差异化，进而其模型也较为多元化。在实际使用中需要大量的数据对算法进行训练。1.3有源电力滤波器的基本原理与分类图2-3有源电力滤波器原理框图图2-3所示为基本的有源电力滤波器系统构成的原理图。图中，将带有非线性负载的交流电源作为谐波源，产生谐波并消耗无功功率。有源电力滤波器系统由指令电流计算、控制和补偿电路三部分组成。指令电流电路的核心是检测补偿电流中的谐波和无功分量，因此有时也称为谐波和无功电流检测电路。补偿电流产生电路的功能是根据补偿电流计算电路的指令信号产生实际的补偿电流。目前主电路采用正弦脉宽调制变换器。其基本工作原理是:检测补偿对象的电压和电流，通过指令电流运算电路计算补偿电流的指令信号，通过补偿电流产生电路对信号进行放大，得到补偿电流，补偿电流抵消负载电流中的谐波和无功电流，最终得到期望的供电电流。例如，当需要对负载产生的谐波电流进行补偿时，有源电力滤波器检测被补偿对象的负载电流iL的谐波分量iLh，反向极性作为指令信号补偿电流，有补偿电流发生电路产生的补偿电流ic即与负载电流中的谐波分量iLh大小相等、方向相反，所以两者相互抵消，导致电源电流is它只包含基波，没有谐波。这样就达到了抑制供电电流中谐波的目的。如果要求有源电力滤波器对负载的无功功率和谐波进行补偿，只需在补偿电流指令信号中