基于瞬时电流分解的谐波电流检测方法研究

摘要随着电力系统的发展以及电力市场的开放，电能质量问题越来越引起广泛关注。

由于各种非线性负载(谐波源)应用普及，产生的谐波对电网的污染日益严重。

谐波是目前电力系统中最普遍现象，是电能质量的主要指标。

电力系统谐波是电能质量的重要参数之一，随着电力电子技术的发展，大量的非线性负载和各种整流设备被广泛的应用于各行各业，使电网谐波含量大大增加，电能质量下降。

谐波给供电众业的安全运行和经济效益带来了巨大影响。

所以，抑制谐波污染、改善供电质量成为迫切需要解决的问题。

因此，谐波及其抑制技术己成为国内外广泛关注的课题。

对电力系统谐波的治理，需要电力部门和用户共同参与。

一方面，用户需要电力部门公共电网电能质量能确保用户正常生产用电；另一方面，电力部门也要求用户的生产用电不影响公共电网的正常供电，特别是对于一些会对公必电网电能质量造成睡大影响的大型用户，从源头上进行电能质量的治理是必须的。

本文介绍了谐波的概念、检测及危害，详细介绍了谐波产生的来源于，电力系统中的谐波来自电气设备。

也就是说来自发电设备和用电设备。

同时介绍了谐波的危害，包括对电网运行和用电设备的危害，还包括对继电保护和自动装置的影响。

为了有效补偿负荷产生谐波电流，首先对谐波的成分有精确认识，因而需要实时检测负载电流中的谐波。

本文着重介绍了基于三相电路瞬时无功功率理论的谐波测量的理论。

进而研究了电力系统谐波的抑制措施，消除或抑制谐波的对策,可以有效地减小谐波对电网的影响，以消除和防止谐波的影响。

关键词：电力系统谐波；危害；p、q检测方法,；ip、iq检测方法目录摘要 (I)目录 (I)第1章绪论 (3)1.1 谐波的提出及意义 (3)1.2国内外研究状况及进展 (4)1.2.1国外研究现状 (4)1.2.2国内研究现状 (6)1.3本文主要研究的内容 (7)第2章电力系统谐波的分析 (8)2.1 谐波的基本概念 (8)2.1.1 谐波的定义 (8)2.1.2 电力系统谐波的表达式 (8)2.1.3 电力系统谐波的标准 (9)2.2 电力系统谐波的产生 (10)2.3 电力系统谐波的危害 (12)2.3.1 对电机的危害 (12)2.3.2对变压器的危害 (12)2.3.3 对线路的危害 (13)2.3.4 对电容器的影响 (13)2.3.4 对继电保护、自动装置工作的影响 (14)2.3.5 对其通信系统的影响 (14)2.4 本章小结 (14)第3章电力系统谐波的检测 (16)3.1谐波检测的几种方法比较 (16)3.2基于三相电路瞬时无功功率理论的谐波测量 (18)3.2.1 瞬时有功功率和瞬时无功功率 (18)3.2.2 瞬时有功电流和瞬时无功电流 (20)3.2.3 基于瞬时无功功率的p、q检测方法 (21)3.2.4 基于瞬时无功功率的ip、iq检测法 (22)3.2.5 检测示例 (24)3.3本章小结 (26)结论 (27)参考文献 (28)附录1 (29)附录2 (32)致谢 (337)燕山大学毕业论文评审意见表 (38)个人简介 (40)第1章绪论1.1 谐波的提出及意义“谐波”一词起源于声学。

高通和低通滤波器对谐波检测电路检测摘要从基于瞬时无功功率理论的一种谐波电流检测方法，推出了采纳高通和低通滤波器的两种谐波电流检测电路。

利用MATLAB仿真软件建立了相应的仿真电路，并就滤波器对谐波电流检测电路检测效果的妨碍进行了仿真研究，同时对两种电路的性能进行了比照，结果讲明，滤波器的截止频率、阶数和类型对检测电路的动态响应过程、检测精度都有非常大妨碍。

谐波电流检测电路采纳低通滤波器，不管从设计上依然从检测效果都有优势。

要害词：有源电力滤波器瞬时无功功率理论谐波检测滤波器AStudyaboutInfluenceofHighandLowPassFiltersonDetectingEffectofHarmonicsDetectionCircuitsWangQun YaoWeizheng WangZhaoan(Xi'anJiaotongUniversity710049China)Abstract Twocircuitsusinghighpassandlowpassfiltersareobtainedbyintroducingadet ectingapproachofharmoniccurrentsbasedontheinstantaneousreactivepower theory.TheirsimulationcircuitsarebuiltbyMATLABsimulationsoftware,res pectively.Thesimulationstudiesabouttheinfluenceofthefiltersinthedetecting circuitontheirdetectingeffectarecarriedoutand,atthesametime,theperforma ncesoftwocircuitsarecompared.Theresultsshowthatthedynamicresponsean dthedetectingprecisioncangreatlybeinfluencedbythecut-offfrequencies,the orderandthetypeofthefilters,andthatthecircuitcontainingLPFisbetterthanthe onecontainingHPFinbothdesignanddetectingeffect.Keywords:Activepowerfilter InstantaneousreactivepowertheoryHarmonicdetection Filter1 引言有源电力滤波器(APF——ActivePowerFilter)是近年来开展起来的一种抑制电网谐波的先进手段［1］。

科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言电力电子技术在推动电力系统发展,灵活高效地利用电能的同时,其设备又成为电力系统中最主要的谐波源,同时消耗无功功率[1-2]。

谐波的危害是多方面的,主要体现在:1)对供配电线路的危害:主要是影响线路的稳定运行和电能质量;2)对电力设备的危害:包括对电力电容器的危害、对电力变压器的危害和对电力电缆的危害;3)对用电设备的危害:包括对电动机的危害、对低压开关设备的危害和对弱电系统设备的干扰。

4)对人体和电力测量准确性的影响:目前采用的电力测量仪表当谐波较大时将产生计量混乱,测量不准确。

谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁,给周围的电器环境带来极大影响并对人体健康存在潜在危害,被公认为电网的危害和人体生命的杀手。

1电力谐波的定义目前国际普遍定义谐波为:谐波是一个周期电气量正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍[3]。

以正弦波电压为例,可以表示式(1):式中U是电压有效值,θ是初相角,ω是角频率,T为周期;对于周期为T的非正弦波信号,在满足狄里赫利的条件下,可分解为如式(2)的傅立叶级数。

u(t)=2√U sin(ωt+θ)(1)u(ωt)=a0+∞n=1∑a n cos nωt+b n sin nωt()(2)式中:a0=12π2π0∫u(ωt)d(ωt),a n=1π2π0∫u(ωt)cos nωtd(ωt),bn=1π2π0∫u(ωt)sin nωtd(ωt)。

频率与工频相等的分量称为为基波,频率是基波频率大于1的整数倍的分量称为谐波,其频率为基波频率的整数倍。

2基于PQ法的谐波电流和无功电流检测设计2.1三相瞬时无功功率理论图1琢茁坐标系中的电压,电流矢量PQ法的理论基础是三相瞬时无功功率理论。

三相电路瞬时无功功率理论最早在1983年由赤木泰文提出,它是以瞬时实功率P和瞬时虚功率Q的定义为基础。

谐波与无功电流检测技术的分析与研究张平(鲁东大学电子与电气工程学院，山东烟台264025)廛围塑夔脯要】谐波和无功电流检测技术对有源电力滤波器的性能起决定巨的作用，本文对目前谐波和无功电流检测技术作了详细分析和研究。

鹾罐词]谐波；无功电流；检测技术随着大量非线性负载在电网中的应用，电网的谐波谐波抑制和无功补偿越来越引起人们的重视，各种谐波和无功电流检测方法不断出现。

早期的检测方法有基于Fryze功率定义的俭测方法及用模拟带通滤波器检测方法等，这些方法缺点明显，不再讨论。

现在主要的研究方向为基于瞬时无功理论的检测方法、基于D FT，FFT检测方法、小波变换方法、自适应谐波电流检测方法及其与神经网络结合的方法等。

本文对各种方法进行了详细的分析和研究。

1基于瞬时无功功率理论的检测法瞬时无功功率理论采用抽取基波电流的方法，解决了谐波和无功功率的瞬时检测及不用储能元件实现谐波和无功补偿等问题，在三相三线制平衡电路中得到了成功的应用。

但当三相不平衡时，要得到基波电流必须进行两次32，23变换，计算量比较大，但若只要得到基波正序电流，则原来的i p，i q方式依然适用且实时性好。

对于三相四线制电路电流的检测，最初的处理方法是是在3／2相变换得到a—B相的基础上，再增加一个对应于零序的相，利用这种方法将是检测方法的复杂程度大大增加。

但研究表明，基于i p、i q运算方式的谐波电流检测法在对三相电流进行3，2相变换时。

三相电流i a、Ib和i c中的零序分量相互抵消，所以三相电流中的零序分量不影响该谐波电流检测法应用于三相四线制电路。

用混合有源滤波器对任意次谐波电流进行检测，该方法是建立在i p．．．i q法的基础上，是通过增加预置补偿角，对数字控制器产生的时间延迟做出补偿，实现谐波的实时补偿。

采用同步检测法代替瞬时无功功率理论用于不平衡三相系统中无功和谐波电流的补偿，从功率平衡的角度确定补偿电流，但是当三相电压不对称且含畸变时该方法会使补偿后的电流和电压波形一致，同样含有畸变成分和不对称分量，导致电网不对称状况的恶性循环。

电力系统中电流谐波的监测与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。

然而，电流谐波的存在却给电力系统带来了诸多问题。

电流谐波不仅会影响电力设备的正常运行，降低电能质量，还可能引发电力故障，甚至造成严重的安全隐患。

因此，对电力系统中电流谐波的监测与治理成为了电力领域的一个重要课题。

一、电流谐波的产生要理解电流谐波的监测与治理，首先需要了解它的产生原因。

电流谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。

常见的非线性负载包括电力电子设备，如变频器、整流器、逆变器等；电弧炉、电焊机等工业设备；以及一些家用电器，如节能灯、计算机电源等。

这些非线性负载在工作时，其电流和电压的关系不再是简单的线性关系，从而导致电流波形发生畸变，产生了谐波成分。

例如，在变频器中，通过对电源进行整流和逆变操作来改变电机的转速。

在这个过程中，由于半导体器件的开关动作，电流会出现高频的脉动，从而产生谐波。

二、电流谐波的危害电流谐波对电力系统的危害是多方面的。

首先，它会增加电力设备的损耗。

谐波电流在电力线路和变压器中流动时，会产生额外的热量，导致设备温度升高，降低其使用寿命。

其次，谐波会影响电力测量仪表的准确性。

例如，电能表可能会因为谐波的存在而计量不准确，给电力用户和供电部门带来经济损失。

再者，谐波还会干扰通信系统。

在电力线路附近的通信线路中，谐波可能会引起噪声，影响通信质量。

此外，严重的谐波还可能导致电力系统的电压波动和闪变，影响电气设备的正常运行，甚至引发电力系统的故障。

三、电流谐波的监测为了有效地治理电流谐波，首先需要对其进行准确的监测。

电流谐波的监测方法主要包括以下几种：1、基于傅里叶变换的谐波分析这是目前最常用的方法之一。

通过对采集到的电流信号进行快速傅里叶变换（FFT），可以将其分解为不同频率的谐波分量，从而得到各次谐波的幅值和相位信息。

2、谐波功率测量除了测量谐波的电压和电流幅值外，还可以通过测量谐波功率来评估谐波的影响。

电力系统谐波及滤波技术( 2005—09-21 )摘要：主要针对电力系统谐波的危害及其检测分析技术,归纳总结了目前电力系统中进行谐波抑制常用的方法。

我们知道，在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态，为用户提供高效使用电能的手段。

但是，电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重，影响了供电质量。

目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。

因而了解谐波产生的机理，研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。

谐波及其起源所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍.周期为T＝2π/ω的非正弦电压u（ωt），在满足狄里赫利条件下，可分解为如下形式的傅里叶级数：式中频率为nω(n＝2，3…）的项即为谐波项，通常也称之为高次谐波。

应该注意，电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形，电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴；谐波与不是工频整倍数的次谐波（频率低于工频基波频率的分量）和分数谐波（频率非基波频率整倍数的分数）有定义上的区别。

谐波主要由谐波电流源产生:当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。

系统中的主要谐波源可分为两类：含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等.国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代，当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。

进入70年代后，随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用，谐波问题日趋严重，从而引起世界各国的高度重视。

各种国际学术组织如电气与电子工程师协会（IEEE)、国际电工委员会（IEC)和国际大电网会议(CIGRE）相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。

电力系统谐波测量方法综述引言：20世纪70年代以来，随着电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波污染状况及危害程度呈急剧上升趋势。

由于电力电子装置所产生的谐波污染问题是阻碍电力电子技术发展的重大障碍，无法回避,且谐波污染对电力系统存在严重的危害，准确地掌握电网中的谐波成分对于电力系统的安全、经济运行具有重要的意义。

谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，也是研究分析谐波问题的出发点和主要依据。

谐波测量的主要作用有：(1)鉴定实际电力系统及谐波源用户的谐波水平是否符合标准的规定，包括对所有谐波源用户的设备投运时的测量。

(2)电气设备调试、投运时的谐波测量，以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经济运行。

(3)谐波故障或异常原因的测量。

(4)谐波专题测试，如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。

现有的谐波分析方法主要有快速傅立叶变换，p、q分解法以及基于瞬时无功功率理论的虚实功率合成法，小波、人工神经网络以及支持向量机等方法，本文分析了个方法的优缺点并在其基础上作了验证。

1、采用模拟带通或带阻滤波器测量谐波图1采用模拟滤波器谐波测量结构图输入信号经放大后送入一组并行联结的带通滤波器，滤波器的中心频率f1、f2、⋯、fn 是固定的，为工频的整数倍，且f1< f2<⋯<fn (其中n 是谐波的最高次数)，然后送至多路显示器显示被测量量中所含谐波成分及其幅值。

采用模拟滤波器谐波测量优点是电路结构简单，造价低。

但该方法也有许多缺点，如滤波器的中心频率对元件参数十分敏感，受外界环境影响较大，难以获得理想的幅频和相频特性，当电网频率发生波动时，不仅影响检测精度，而且检测出的谐波电流中含有较多的基波分量。

2、基于傅立叶变换的谐波测量基于傅立叶变换的谐波测量是当今应用最多也是最广泛的一种方法。

它由离散傅立叶变换过渡到快速傅立叶变换的基本原理构成。

使用此方法测量谐波，精度较高，功能较多，使用方便。

电力系统谐波检测与分析方法研究引言：电力系统中的谐波问题一直是一个引发关注的重要议题。

谐波是电力系统中的一个普遍存在的问题，它来源于非线性负载和谐波产生设备。

随着电子设备的普及和复杂化，谐波问题对电力质量和设备的正常运行产生越来越大的影响。

因此，电力系统谐波检测与分析方法的研究具有重要的实际意义。

1. 谐波检测方法1.1 采集数据为了进行谐波分析，首先需要采集谐波数据。

目前，常用的方法有两种：直接测量和间接测量。

直接测量方法是通过安装具有谐波分析功能的仪器进行现场测量。

这种方法的优点是准确性高，能够直接采集原始波形数据，可以观察到谐波的详细特征。

然而，直接测量方法的缺点是成本高昂且不适用于长期在线检测。

间接测量方法是通过采集电力系统中的其他参数间接推断谐波情况。

例如，可以通过检测电流或电压波形的畸变程度来判断谐波的存在。

这种方法的优点是成本低廉且适用于在线检测，但无法获取准确的谐波波形数据。

1.2 谐波分析方法谐波分析是对采集到的谐波数据进行处理，并进一步分析谐波的来源和影响。

常用的谐波分析方法包括时域分析、频域分析和小波分析。

时域分析是通过观察波形时间序列中的谐波成分来判断谐波问题。

时域分析可以直观地展示谐波的幅值和相位关系，但无法提供频率和频谱信息。

频域分析通过将时域波形转换为频域信号，利用傅里叶变换等数学方法得到波形的频率和幅值信息。

频域分析能够精确获得谐波分量的频率和幅值，但无法提供时间域的波形信息。

小波分析结合了时域分析和频域分析的优势。

通过小波变换，可以同时获取时域和频域的信息，能够更全面地分析谐波问题。

2. 谐波分析结果与效果评估谐波分析的结果需要进行效果评估，以判断谐波对电力系统的影响程度和采取相应措施的紧迫性。

2.1 谐波影响评估谐波的影响主要体现在两个方面：对电力系统设备的损坏和对电力质量的影响。

对设备的损坏主要表现为增加了设备的能量损耗和导致设备寿命缩短。

例如，变压器中的谐波电流会产生导磁损耗和铜损耗，使变压器温升增加，进而影响设备的使用寿命。

谐波电流测量不确定度评定与应用的研究报告谐波电流测量不确定度评定与应用的研究报告摘要：谐波电流已成为现代三相电力系统中的一大问题，然而由于谐波电流的复杂性和不稳定性，谐波电流的测量不确定度评定是一个难点。

本文通过对谐波电流的基本概念、谐波电流测量方法、不确定度评定方法及应用进行分析研究，提出了一种可行有效的谐波电流测量不确定度评定方法，并对其在谐波抑制器的设计及性能分析中的应用进行了探讨。

关键词：谐波电流；测量不确定度；评定方法；应用一、文献综述谐波电流的产生已成为现代三相电力系统中的一大问题，谐波电流的测量不确定度评定也成为了研究的重点。

国内外学者们已对谐波电流的产生机理、影响因素、抑制技术等进行了深入研究，同时也对谐波电流的测量方法及不确定度评定方法进行了探讨研究。

尤其是在谐波抑制器设计、性能分析等方面，谐波电流测量不确定度评定的重要性更加凸显。

二、谐波电流的基本概念谐波电流是指在三相电源中，流经负载的电流不仅有50Hz频率的基波电流，还有分别是100Hz,150Hz等等的谐波电流。

这些谐波电流除了增大了电网的负荷和功率因数外，还会产生一系列不良影响，如对变压器、电容器、电缆等设备产生谐波损耗，引起过电压、热点等问题。

三、谐波电流的测量方法谐波电流的测量主要包含两种方法，即电流钳式测量方法和精密测量方法。

1. 电流钳式测量方法电流钳式测量方法是指利用电流钳测量负载电缆线圈中流过的电流取得与负载直接相关的结果。

这种测量方法操作简单、速度快、不需要断电，但精度较低，不能准确测量谐波电流的波形。

2. 精密测量方法精密测量方法是利用精密电流表和非接触式电压检测器等设备对负载电缆线圈中流过的电流进行精确测量。

这种测量方法测量精度高、能够准确测量谐波电流的波形及其频率，但需要断电操作，影响较大。

四、谐波电流测量不确定度评定方法谐波电流测量不确定度评定方法的主要目的是为了保证谐波电流测量结果的准确性。

需要确定的参数有谐波电流测量系统的准确度、重复性及不确定度等。

电力系统谐波和间谐波检测方法综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展和广泛应用，电力系统中的谐波和间谐波问题日益严重，对电力系统的安全、稳定、经济运行构成了严重威胁。

因此，研究和发展有效的谐波和间谐波检测方法，对于提高电力系统的供电质量、保护电力设备和促进节能减排具有重要意义。

本文旨在对电力系统谐波和间谐波的检测方法进行全面的综述，分析各种方法的原理、特点、适用范围以及优缺点，以期为谐波和间谐波检测技术的发展和应用提供参考。

本文首先介绍了谐波和间谐波的基本概念、产生原因及其对电力系统的影响，为后续检测方法的研究提供了理论基础。

接着，详细阐述了传统的谐波和间谐波检测方法，如傅里叶变换、小波变换等，并分析了它们的优缺点和适用范围。

然后，介绍了近年来新兴的基于的谐波和间谐波检测方法，如深度学习、神经网络等，并探讨了它们在谐波和间谐波检测领域的应用前景。

对谐波和间谐波检测技术的发展趋势进行了展望，提出了未来研究的重点和方向。

本文期望通过对谐波和间谐波检测方法的综述，为相关领域的研究人员和技术人员提供一个全面、系统的参考，促进谐波和间谐波检测技术的不断创新和发展，为电力系统的安全、稳定、经济运行提供有力保障。

二、谐波和间谐波检测方法的分类电力系统中的谐波和间谐波检测是确保电力质量、保护设备和提高能源效率的关键环节。

针对这一目标，谐波和间谐波的检测方法主要可以分为两类：基于傅里叶变换的方法和现代信号处理方法。

基于傅里叶变换的方法是最常见的谐波和间谐波检测方法。

这类方法主要包括快速傅里叶变换（FFT）和离散傅里叶变换（DFT）。

FFT 是DFT的快速算法，能够在短时间内对信号进行频谱分析，从而准确地检测出谐波和间谐波的成分。

这类方法的主要优点是计算速度快，精度高，适用于稳态和准稳态信号的谐波分析。

然而，对于非稳态信号，FFT的检测结果可能会受到频谱泄漏和栅栏效应的影响。

现代信号处理方法则提供了更多的选择，以适应复杂多变的电力系统环境。

2008年3月Power System Technology Mar. 2008 文章编号：1000-3673（2008）05-0066-04 中图分类号：TM711 文献标识码：A 学科代码：470·4054瞬时无功功率理论坐标变换的推导及谐波电流检测原理分析唐 蕾，陈维荣（西南交通大学电气工程学院，四川省成都市 610031）Deduction of Coordinate Transform for Instantaneous Reactive Power Theory and Analysis on the Principle of Harmonic Current Detection MethodTANG Lei，CHEN Wei-rong（College of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，Sichuan Province，China）ABSTRACT: By means of building up a three-dimension coordinate system in vector space, the coordinate transform used in instantaneous reactive power theory (IRPT) proposed by H. Akagi is deduced and through spatial coordinate transform two equivalent three-dimension coordinate systems are obtained. After rigorous mathematical deduction the transformation factor for above-mentioned three-dimension coordinate systems is achieved, thus the coefficient deduction for IRPT is solved and the zero-sequence quantity expressing three-phase asymmetrical system is directly obtained. By use of the theory of rotating phasor, the basic principle of instantaneous spatial vector detection method based on IRPT is explained. The authors’ analysis is available for understanding and improvement of this harmonic current detection method.KEY WORDS:instantaneous reactive power theory (IRPT)；coordinate transform；rotating phasor；harmonic current detection摘要：在矢量空间中建立了三维坐标系，对赤木泰文提出的瞬时无功功率理论所用的坐标变换进行了推导，通过空间坐标变换得出了2个等价的三维坐标系，并经过严格的数学推导得出了上述三维坐标系的变换因子，解决了瞬时无功功率理论的系数推导问题，直接得出了表示三相不对称系统的零序量。