1、 1 1 1 引言引言 1.1 1.1 问题的提出问题的提出 随着电气行业的不断发展，人们对于用电质量的要求也越来越高。早在电力系统 运气初期，人们就将电力系统中电压、频率的偏离标称值的大小作为检测电能质量的 主要指标。但是仅仅以电压频率的偏差作为衡量标准已经无法满足如今科技进步的步 伐，单靠电压与频率的偏差早以不足以满足用户对电能质量的要求；其中，谐波作为 被公认的电力系统的公害之一，也成为衡量电能质量的一大重要参数。与此同时，如 何有效的检测也成为有效治理前一道必不可少的工序。本文将对基于瞬时无功功率理 论的谐波检测进行相应的分析，电路设计及仿真验证。 1.1.1 1.1.1 谐波产生的原
2、因谐波产生的原因 谐波是相对于基础正弦波而言的，我们通常认为电网稳态的供电电压波形 为工频正弦波形，既频率为 50HZ（60HZ）理想的正弦波。但其毕竟只是一种理 想状态下的参数波形，由于电网中非线形负荷的存在，电网电压加载在非线形 负荷的电流波形往往会发生一定程度的畸变，而此畸变后得到的非正弦电流在 电网阻抗上产生的压降同时会使电压波形也发生或多或少的畸变。 已知理想正弦电压波形可表示为： ( ) ( ) （1-1） 其中 U电压有效值； 初相角; 角频率，22/fT； （1-2） f 频率； T周期； 对于周期2/T的非正弦电压()ut,一般满足狄里赫利条件，可分解为如下 形式的傅里叶级数
3、： 2 ( ) ( ) (1-3) 式中 ( ) ( ) (1-4) ( ) ( ) (1-5) ( ) ( ) (1-6) ( ) 上式中，频率为 1/T的分量称为几波，频率为大于 1 整数波基波频率的分量即 为谐波。 由于系统中流过非线性设备和加载其上的电压不成比例关系，使各次谐波 电流产生了不同的畸变，从而使流过设备电流相应发生畸变，即出现谐波畸变 的问题。 下图以方波为例，畸变的方波电亚波形可以分成各次谐波与基波的合成波 形，如图 1 所示： 图表 1 方波与其分解所得的各次谐波波形 00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05 -300
4、 -200 -100 0 100 200 300 00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05 -300 -200 -100 0 100 200 300 v1(:,2)v3(:,2)v5(:,2)v7(:,2)v9(:,2) 畸 变 电 流 波 形 各 次 谐 波 波 形 3 1.1.21.1.2 谐波的危害谐波的危害 理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅 值。谐波电流及谐波电压的存在，对公用电网的电能质量的影响巨大，其具体 表现在设备、传输、及通信三个个方面： （1） 由于串、并联谐振引起的过电压、过电流、机械谐振等，会引起系统设备， 如电机、变压器、电容器等的严重发热，增大损耗；同时，过大的过电压、 过电流会使电机、变压器、电缆等绝缘老化，降低使用寿命；对于敏感的 电子元件如晶闸管等，过大的过电压、过电流会引起设备的发热击穿；机 械谐振有时甚至会使电机轴发生扭
