第一篇：稠油生產層抑制邊水推進的方法與措施

稠油生產層抑制邊水推進的方法與措施

摘 要：河南新莊油田BQ67斷塊采取氮氣泡沫調剖等輔助措施，抑制邊水推進速度。該方法適用條件：一是邊水能量較弱或邊水沿汽竄通道突進；二是油層層間差異較大，滲透率<2.0μm2。調剖適應條件：一是調剖井層內矛盾比較突出，具有嚴重的非均質性，滲透率級差在2.0以上；二是調剖井生產層邊水突進現象明顯。針對高周期吞吐井汽竄日趨嚴重之問題，宜采取面積式組合注汽方式。在實施面積組合注汽、注氮措施時，氮氣優(yōu)先進入阻力較?。ú沙龀潭容^高的區(qū)域、汽竄通道）區(qū)域，待氮氣平衡后蒸汽更多的進入動用程度較低的區(qū)域，這樣就可提高蒸汽的利用率和有效的波及體積。上述方法與措施的實施收到了較好效果。

關鍵詞：新莊油田；邊水影響；汽竄；氮氣輔助熱處理；面積注汽；效果存在問題

河南新莊油田泌淺67斷塊近年投產新井多口。新井注汽投產發(fā)生汽竄現象較早，且組合注汽偏流現象較為嚴重；老井蒸汽吞吐開采己處于中后期，油井吞吐輪次較高，大多數老井都已經吞吐了8個周期，有的甚至達到了十二、三個周期，含水大幅上升、單井產量低、周期油汽比低及總采出程度低，且老井后備潛力嚴重不足，具體表現在，邊水能量較為活躍，受到邊水影響井較多。邊水侵入問題尤為突出。該斷塊12個主力層已全部動用但采出程度差異較大，其中H3Ⅱ

1、Ⅲ

4、Ⅳ3層采出程度較高，平均采出程度已達27.3%；H3Ⅲ4動用程度最高，已達到39.1%；H3Ⅳ5層動用程度最低，僅6.6%。因此探討該斷塊生產中存在的主要問題及其治理措施，對某些儲量動用程度較低的主力層來說，具有重要的作用與意義。治理措施

（1）運用氮氣輔助熱處理、氮氣泡沫調剖等輔助措施，抑制邊水推進速度。具體就是采取氮氣輔助熱處理方式注汽。該方法適用條件：一是邊水能量較弱或邊水沿汽竄通道突進；二是油層層間差異較大，滲透率<2.0μm2。如新8002井，近年投產H3Ⅱ7小層，射孔長度15米，最大井斜角74.1°，最大滲透率1.981μm2，最小滲透率為0.913μm2，滲透率級差2.17，該井投產初期因粘度較高，吞吐效果較差，生產時率較低，兩年前第四周期注汽后液量明顯上升，日均產液13.5噸，采注比1.84，2012.9.12日第五周期注汽，日均產液14.7噸，采注比1.94，日均產液、采注比逐漸上升趨勢，同時該井處于構造低部位，四個射孔井段，層間存在差異，邊水沿高滲層突進，后續(xù)三次采取氮氣輔助熱處理方式注汽，并優(yōu)化注氮參數，平均日產油從1.6噸上升到目前3.7噸，綜合含水從89%下降到76%，油汽比從0.21上升到0.49，有效的抑制邊水推進速度，提高水淹層油井動用程度。該斷塊從2011年7月實施氮氣輔助熱處理方式注汽以來實施125井次，措施實施后，含水由95.4%下降至86.7%，下降了8.7個百分點，累計增油12238.5噸，有效地改善了邊水稠油油藏吞吐開發(fā)效果。

調剖適應條件：一是調剖井層內矛盾比較突出，具有嚴重的非均質性，滲透率級差在2.0以上；二是調剖井生產層邊水突進現象明顯。如水平井新淺8-平2井。該井近年投產H3Ⅲ4（2）小層，射孔長度為61米。滲透率為1.760μm2，孔隙度31.15%，投產初期見邊水，日均產液32.9噸，綜合含水95%，前后四次注汽時采取調剖輔助措施，后期優(yōu)化調剖工藝參數（詳見下表1），效果得到明顯改善，平均日產油從2.3噸上升到目前5.1噸，綜合含水從93%下降到68%，油汽比從0.09上升到0.28，邊水得到有效地抑制，達到了提高儲層動用程度之目的。鑒于該井的成功經驗，隨后陸續(xù)實施氮氣泡沫調剖措施37井次，措施實施后，日產液量由571.2噸上升至577.3噸，日產油由32.7噸上升至62.7噸，日產油上升了30噸，含水由94.3%下降至89.1%，下降了5.2個百分點。收到了較好效果。

（2）采取面積式組合注汽方式。針對高周期吞吐井汽竄日趨嚴重之問題，宜采取面積式組合注汽方式。就是在形成大面積汽竄的區(qū)域，將所有汽竄連通井作為一整體，同時注汽、燜井和回采，防止汽竄繼續(xù)發(fā)生。面積組合注汽的動態(tài)配注原則：累積采注比小于0.8時，后續(xù)周期注汽量增加10%；累積采注比大于0.8小于1.0時，后續(xù)周期注汽量持平；累積采注比大于1.0小于1.2時，后續(xù)周期注汽量增加10%；累積采注比大于1.2時，后續(xù)周期注汽量增加20%。而對于斷層附近、邊水附近和靠近剝蝕線附近注汽井，這部分井注氣量按正常注汽量的1 / 3～2 / 3配注，避免過早水淹或地面冒。由于該斷塊的邊水侵入現象比較嚴重，往往汽竄井也是邊水影響井，單純的依靠面積組合注汽難以有效地抑制邊水的推進，實踐證明，在面積組合注汽的同時輔助組合注氮技術能夠有效地抑制汽竄和邊水。在實施面積組合注汽、注氮措施時，氮氣優(yōu)先進入阻力較?。ú沙龀潭容^高的區(qū)域、汽竄通道）區(qū)域，待氮氣平衡后蒸汽更多的進入動用程度較低的區(qū)域，這樣就可提高蒸汽的利用率和有效的波及體積。面積組合注汽、注氮機理示意圖見下圖1所示。幾點認識

（1）就河南新莊油田稠油斷塊開采來說，層間矛盾無需考慮，邊水能量較弱井，或者層間差異較大井邊水沿高滲層突進井，可采取氮氣輔助熱處理方式注汽，以進一步提高邊水侵入區(qū)的儲量動用程度；

（2）針對邊水沿汽竄通道突進井，可采取氮氣輔助熱處理方式注汽，能有效的封堵邊水；

（3）對于受到邊水的影響且邊水能量較強的，滲透率較高井可實施氮氣泡沫調剖措施抑制邊水推進；

（4）針對平面上受到邊水影響嚴重井，包括汽竄影響井，可采取氮氣輔助熱處理加氮氣泡沫調剖措施綜合應用，采取面積組合注汽注氮輔助措施。

參考文獻

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第二篇：開關電源噪聲的產生與抑制措施

噪聲的種類

開關電源無論在體積、重量和效率方面都有顯著的優(yōu)點，已得到廣泛的應用。但開關電源最大缺點是容易產生噪聲。噪聲的產生一般可分為兩大類：一是開關電源內部元件形成的干擾；二是由于外界因素影響而使開關電源產生的干擾，這涉及到人為因素和自然界的因素。

1．1 輸出脈動噪聲

主要是在輸出端出現的脈沖干擾，產生的原因有：由AC輸入頻率引起的低頻脈動電壓；開關電源頻率引起的高次諧波脈動電壓；開關接通、斷開時的尖峰噪聲；對上述噪聲的振幅最大值可用同軸電纜接到示波器上來觀察測定。

1．2 輻射電場強度

開關電源產生的噪聲會輻射到空間。輻射噪聲的測定方法是：接好天線，開啟儀器（場強儀等），用天線接收直射波與反射波。被測電源放在非金屬的實驗臺上以360°來回轉動，天線以上下1～4m距離移動以檢測最大值。測試以垂直與水平兩個方向來測定。

1．3 外來突變電壓

外來突變電壓干擾可用噪聲模擬器檢測。在輸入交流線上同時注入同相雜音（注入電壓據開關電源種類而定）。兩者相位以90°、270°為最合適。確認在這外來突變電壓的作用下，輸出直流電壓有無變動，并觀察保護裝置等是否產生誤動作。

1．4 雷電沖擊耐壓實驗

使用雷電沖擊發(fā)生器，以保險絲以外的元件不損壞為原則，看一看輸出電壓的變動是否超過附加電壓的規(guī)定。噪聲產生源 2．1 開關管

開關功率管及其散熱器與外殼和電源內部的引線間存在分布電容。當開關管流過大的脈沖電流時，大體上形成了矩形波，該波形含有許多高頻成份。由于開關電源使用的元件參數如開關功率管的存儲時間，輸出級的大電流，開關整流二極管的反向恢復時間，會造成回路瞬間短路，產生很大短路電流。凡有短路電流的導線及這種脈沖電流流經的變壓器和電感產生的電磁場形成噪聲源。

2．2 二極管的恢復特性

PN型硅二極管用作高頻整流時，正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除（因載流子的存在，還有電流流過）。一旦這個反向電流恢復時的電流斜率過大，流過線圈的電感就產生了尖峰電壓。

2．3 變壓器

開關電源中的變壓器，用作隔離和變壓。但在高頻的情況下，它的隔離是很不完全的，變壓器層間的分布電容使開關電源中的高頻噪聲很容易在初次級之間傳遞。變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，而使變壓器周圍產生的電磁場更容易在其它引線上耦合形成噪聲。

2．4 電容、電感器和導線

開關電源由于工作在較高頻率，會使低頻的元器件特性發(fā)生變化，由此產生噪聲。3 消除噪聲的主要方法

消除噪聲應主要從以下三個部位入手：產生噪聲的部件、傳播噪聲部位、公共結合部分。3．1 控制，消除噪聲源

（1）由整流二極管的反向恢復時間引起的電流尖峰，不僅增加了二極管本身的功耗，使開關功率管產生電流尖峰，增加導通時的損耗，而更重要的是容易產生噪聲。所以必須盡量采用反向恢復時間短的整流二極管，如肖特基二極管，pin結低損耗高速整流管。

（2）為了提高開關電源的效率應盡可能減少開關功率管的導通時間和關斷時間。但隨著開關頻率和開關速度的提高，電源的噪聲也將隨之增加。所以，必須適當控制開關功率管的開關時間來限制噪聲。

①在開關管的基極與發(fā)射極或集電極與基極間并聯小容量電容，減緩基極信號的變化速率。

②在開關管集射極間并聯RCD網絡，可增加集電極電壓的上升時間。

③在開關管集電極回路串聯LRCD網絡，L可限制集電極電流的上升速度。并聯于電感L兩端的RCD回路能防止電路引起振蕩。

3．2 不使噪聲傳播

濾波器的濾波、元件的屏蔽等使噪聲不至溢出。

（1）線路濾波器

雷電沖擊等的自然噪聲，開關的關閉等引起的人為噪聲，會從交流輸入端侵入到開關電源。為了防止開關電源的誤動作，以及發(fā)生在開關電源內部的噪聲不從輸入端泄漏出去，可在輸入端接入線路濾

波器。電路中Cx電容一般取0.1～0.47μF，Cy電容取1000～4700pF，共模扼流圈的電感可選擇2mH左右。

（2）屏蔽

（a）開關管的屏蔽

開關管及輸出整流二極管常加上散熱板或通過框架進行散熱，從而使晶體管集電極，二極管的負極與散熱板間產生較大的電容量。由于那里進行數百伏電壓的變化，共模噪聲就發(fā)生了。所以在開關管的集電極，二極管的負極與散熱板間放置絕緣金屬板，能取得防止噪聲發(fā)生的效果。

（b）變壓器的屏蔽

對于變壓器，為了達到傳送電力的目的，除了符合線路規(guī)定的指標以外，還要求泄漏的磁通小，線圈間的層間電容量小。為此，可減少空隙，選用理想襯墊，線圈間進行靜電屏蔽。為了防止變壓器磁通泄漏，還應在外圍用銅箔帶卷好，來進行電磁場屏蔽。

3．3 開關電源的接地

（1）接地方式

正確的接地可消除各路電流流經公共地線產生的噪聲，避免受磁場和地電位差的影響。

（2）扭轉線

1500W以上的電源中，印板引出線較多。由于這些導線的往復，回線內磁通的變化會導致噪聲的變化。一旦把二根電纜線絞在一起，不僅使線的占積率減少，而且由于反向脈沖電流流過電纜，可防止磁通的變化。結束語

抑制開關電源的噪聲是開發(fā)應用開關電源的一個重要課題，為了有效地抑制和降低開關電源的噪聲干擾，除了上述措施外，還需在其它方面采取措施。如：在印刷電路板設計、元件安裝位置與方向，系統(tǒng)整個電路的布局、接線的布置等方面都要有利于減少開關電源的噪聲。隨著人們對開關電源抗噪聲技術的提高，這種電源將會得到更廣泛的應用.

第三篇：開關電源電磁干擾標準與EMI電磁干擾抑制措施

開關電源電磁干擾標準與EMI電磁干擾抑制措施

電磁兼容性(EMC)是指電子設備或系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境電平下不因電磁干擾而降低性能指標，同時它們本身產生的電磁輻射不大于規(guī)定的極限電平，不影響其它電子設備或系統(tǒng)的正常運行，并達到設備與設備、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間互不干擾、共同可靠地工作的目的。

世界各國都相應制定了自己的EMC標準。比如國際電工委員會的1EC61000及(C1SPR系列標準、歐洲共同體的FN系列標準、美國聯邦通信委的FCC系列標準和我國現行的GT3/T13926系列EMC標準等。隨著國際電磁兼容法規(guī)的日益嚴格，產品的電磁兼容性能越來越受到重視。

開關電源作為一種電源設備，其應用越來越廣泛。隨著電力電子器件的不斷更新換代，開關電源的開關頻率及開關速度不斷提高，但開關的快速通斷，引起電壓和電流的快速變化。這些瞬變的電壓和電流，通過電源線路、寄生參數和雜散的電磁場耦合，會產生大量的電磁干擾。

二、開關電源的干擾源分析

開關電源產生的電磁干擾(EMI)，按耦合通道來分，可分為傳導干擾和輻射干擾;按噪聲干擾源種類來分可分為尖峰干擾和諧波干擾。開關電源在工作過程中所產生的浪涌電流和尖峰電壓就形成了干擾源，工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關管高頻工作時的電壓切換以及輸出整流二極管的反向恢復電流都是這類干擾源。

三、電磁干擾的抑制措施

電磁干擾由三個基本要素組合而產生：電磁干擾源;對該干擾能量敏感的設備;將電磁干擾源傳輸到敏感設備的媒介即傳輸通道或藕合途徑。

對開關電源產生的電磁干擾所采取的抑制措施，主要從兩個方而考慮：一是減小干擾源的干擾強度;一是切斷干擾傳播途徑。

常用的抗干擾措施包括電路的隔離、屏蔽、接地、加裝EMI濾波器以及PCB板的合理布局與布線。

1.電路的隔離

在開關電源中，電路的隔離主要有：模擬電路的隔離、數字電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離。主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達到抑制噪聲干擾的效果。對于開關電源的模擬信號控制系統(tǒng)的隔離，交流信號一般采用變壓器隔離，直流信號一般采用線性隔離器(如線性光電耦器)隔離。

數字電路的隔離主要有:脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離等。其中數字量輸入隔離方式主要采用脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離;而數字量輸出隔離方式主要采用光電耦合器隔離、高頻變壓器隔離。

2.屏蔽

屏蔽一般分為兩類，一類是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響;另一類是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場、交變磁場以及交變電磁場的影響。屏蔽是抑制開關電源輻射干擾的有效方法。可以用導電良好的材料對電場屏蔽，而用導磁率高的材料對磁場屏蔽。

3.接地

為防止各種電路在工作中產生互相干擾，使之能相互兼容地工作，根據電路的性質，將工作接地分為不同的種類。比如直流地、交流地、數字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。在電路的設計中，應將交流電源地與直流電源地分開，模擬電路與數字電路的電源地分開，功率地與弱電地分開。

4.加裝EMI濾波器

電源濾波器安裝在電源線與電子設備之間，用于抑制電源線引出的傳導干擾，又可以降低從電網引入的傳導干擾，對提高設備的可靠性有重要的作用。開關電源產生的電磁干擾以傳導干擾為主，而傳導干擾又分差模騷擾和共模干擾兩種。構成開關電源EMI濾波器的基本網絡如圖1所示。該濾波器由共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy組成。共模扼流圈L由兩個繞在同一個高磁導率磁芯上的繞組構成，其結構使差模電流產生的磁通相互抵消。這種結構以較小體積獲得較大的電感值，并且不用擔心由于工作電流導致飽和。每個繞組與電容Cy分別組成L-E和N-E兩對獨立端口的低通濾波器，形成共模濾波網絡，用來抑制電源線上存在的共模干擾。至于共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy的取值大小，應盡量做到濾波器的諧振頻率低于開關電源的工作頻率，這樣可以實現對整個頻段的濾波。

第四篇：汽輪機組參與電力系統(tǒng)低頻振蕩的機理與抑制措施

0 引言

電力系統(tǒng)低頻振蕩(low frequencyoscillation，LFO)是電力系統(tǒng)在受到干擾的情況下發(fā)生的一種功角穩(wěn)定性問題，通常表現為有功功率的等幅或衰減振蕩，功角也同頻率振蕩，如振蕩幅值不斷增加，將會導致電力系統(tǒng)的崩潰。1964年，美國西北電網與西南電網聯合試運行時，在其聯絡線上發(fā)生了頻率為0.1Hz的持續(xù)功率振蕩；1984年，我國廣東電網與香港電網聯合運行時也出現了低頻振蕩[1]。隨著電力系統(tǒng)網架結構的不斷演化，大規(guī)模遠距離輸電、高增益快速勵磁等新技術得到廣泛應用，我國電力系統(tǒng)低頻振蕩事件已多次發(fā)生，目前采取的主要應對措施是給每臺機組安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（power systemstabilizer, PSS）。

然而，近年來國內多臺機組在PSS正常投用的情況下，仍然發(fā)生了低頻振蕩事故。據南方電網的初步統(tǒng)計[2]，2008年到2012年間發(fā)生的15次電力系統(tǒng)低頻振蕩事件中，只有7次與電網弱阻尼、PSS或勵磁系統(tǒng)故障有關，而原動機自身缺陷導致的低頻振蕩卻占了8次，其中多臺大型汽輪發(fā)電機組的缺陷誘發(fā)了這些低頻振蕩現象。之前的一般觀點認為，與電力系統(tǒng)相比，汽輪機及其調速系統(tǒng)反應較慢，難以誘發(fā)電力系統(tǒng)的低頻振蕩，但對數起低頻振蕩現象分析結果表明，汽輪機組參與甚至主導了這些低頻振蕩現象，這與汽輪機數字電液控制系統(tǒng)（DEH）調節(jié)速度增快密切相關[3]。實踐表明，通過對機組運行狀態(tài)或控制參數的調整就可以避免或快速平息部分電力系統(tǒng)低頻振蕩，但這些措施沒有引起足夠的重視。本文結合當前研究成果，從機理與抑制等方面闡述汽輪機組對低頻振蕩的影響，為從發(fā)電廠側抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩提供參考。1 低頻振蕩的分類

根據振蕩的周期不同，電力系統(tǒng)低頻振蕩可分為低頻振蕩和超低頻振蕩，前者頻率一般在0.2～2.5Hz之間，超低頻振蕩頻率一般在0.1Hz以下，由原動機調速系統(tǒng)在調節(jié)過程中向電網引入的超低頻振蕩也被稱為頻率模態(tài)[4]，它由調速系統(tǒng)自身動態(tài)特性決定，其阻尼比受調速系統(tǒng)PID參數影響較大。理論計算分析表明，火電廠動力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)低頻振蕩存在一定的相關性，其中汽機跟隨控制方式由于其共振頻率最低，易成為超低頻振蕩的來源[5]，分析汽輪機組對低頻振蕩的影響應當從頻率模態(tài)周期和電網低頻振蕩模態(tài)周期兩個時間尺度上進行[6]。

根據機電振蕩模式的不同，電力系統(tǒng)低頻振蕩可分為局部低頻振蕩、區(qū)間低頻振蕩以及多機低頻振蕩[7]。局部低頻振蕩發(fā)生在單臺機組或一組機組連接到大電網的輸電線路上；區(qū)間低頻振蕩多發(fā)生在兩個區(qū)域電網的聯絡線上；多機低頻振蕩為電網內多臺機組共同參與的低頻振蕩。從實際情況看，與汽輪機組相關的低頻振蕩多為局部低頻振蕩，振蕩頻率為1Hz左右，偶爾也會出現區(qū)間低頻振蕩，頻率更低，鮮見多機低頻振蕩現象。由汽輪機及其調速系統(tǒng)引起的區(qū)間低頻振蕩的幅值，可能比本機振蕩幅值要高[8]。2 低頻振蕩發(fā)生的機理

就電力系統(tǒng)低頻振蕩機理而言，目前較為成熟的是負阻尼理論[1]與共振理論[9]，這兩個理論已成功解釋了國內多起低頻振蕩事故，其合理性得到廣泛認可，其它諸如參數諧振理論、混沌振蕩理論等，還有待于更多的事故實例驗證。2.1 負阻尼理論

應用負阻尼理論解釋汽輪機組參與的電力系統(tǒng)低頻振蕩現象，方法較為成熟。它認為，調速系統(tǒng)可能改善也可能惡化電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定水平，影響的結果與調速系統(tǒng)參數配置有關，還與系統(tǒng)振蕩頻率以及機組與某個振蕩模式的相關程度有關，即使是負阻尼理論，分析的方法也有不同。

一種較為直觀的方法是從“自治系統(tǒng)受擾動后的穩(wěn)定性取決于阻尼的正負”這一基本點出發(fā)，以線性化的汽輪發(fā)電機轉子運動方程為依據，在單機無窮大環(huán)境下進行研究，在汽輪機提供的機械轉矩為恒定不變時，得到發(fā)電機功角隨時間的變化關系式[10，11]，結合本汽輪機組的相關數據，由關系式中阻尼因子的正負來判斷電力系統(tǒng)是否存在負阻尼，如果是，則認為負阻尼理論可以解釋該起低頻振蕩現象。當汽輪機提供的機械轉矩周期性波動、并且能分解成同步轉矩與阻尼轉矩的形式時，可以用負阻尼理論來解釋，但當機械轉矩無法分解為機械同步轉矩與機械阻尼轉矩的形式時，則需要用共振理論來解釋[10]。

另一個負阻尼理論的分析方法認為，汽輪機調速系統(tǒng)的調節(jié)結果與機組受到電力系統(tǒng)擾動后的速度增量方向同向時，調速系統(tǒng)的作用就是負阻尼作用，促使振蕩發(fā)散，反向時，調速系統(tǒng)的作用就是正阻尼作用，促使振蕩收斂?；诖苏J為，轉速閉環(huán)作用下，汽輪機調速系統(tǒng)的相位滯后超過90o時，其提供負阻尼?？紤]到常見的低頻振蕩的周期在0.4～5s之間，該分析方法忽略了汽輪機組模型中時間常數較大的再熱器及其以后的各個環(huán)節(jié)，得到了簡化的汽輪機模型（圖1），并在轉速閉環(huán)控制的條件下，提出系統(tǒng)存在 “分界頻率”[12]，式（1）為其計算公式；當機電振蕩模式頻率高于分界頻率時，汽輪機調速系統(tǒng)提供負阻尼，反之提供正阻尼。

式（1）中，f為分界頻率，Tg為執(zhí)行機構時間常數，對于汽輪機來說，為汽輪機高壓調節(jié)閥的時間常數；Tch為汽輪機高壓缸時間常數。分界頻率可作為判斷調速系統(tǒng)對電力系統(tǒng)提供正、負阻尼或者零阻尼的重要依據。

從式（1）可以看出，Tg、Tch對分界頻率有相同的影響，只是兩者的取值范圍不同：隨著Tg、Tch的增加，分界頻率是單調降低的[13]。就某一固定的調速系統(tǒng)放大倍數KA、Tg與Tch來說，隨系統(tǒng)著振蕩頻率的增大，調速系統(tǒng)滯后相位加大，提供的阻尼也會由正變負[12，13]，可見，汽輪機高壓調節(jié)閥時間常數與高壓缸時間常數對低頻振蕩有顯著的影響。

分析表明，KA對系統(tǒng)的分界頻率沒有影響，但它會改變調速系統(tǒng)提供阻尼的大小[13]。對于汽輪機及其調速系統(tǒng)模型（圖2）中PID部分，如果僅考慮其比例環(huán)節(jié)，比例系數為KP，仿真表明，KP同樣也不影響系統(tǒng)的分界頻率，但KP增大時，系統(tǒng)的振蕩頻率會增大[14]，使系統(tǒng)的振蕩頻率超過分界頻率而進入負阻尼區(qū)，從而使系統(tǒng)發(fā)生振蕩；結合圖1，可以看出，KA對系統(tǒng)分界頻率的影響與KP相同，因而對KA分析也會有相同的結論。由于汽輪機轉速不等率δ與KA互為倒數，這一結論說明，汽輪機轉速不等率δ過小或控制環(huán)節(jié)PID中比例系數過大，都會引起電力系統(tǒng)的低頻振蕩。2.2 共振理論

以汽輪發(fā)電機轉子運動方程為依據的負阻尼理論分析表明，該微分方程的解有通解和特解兩部分組成，系統(tǒng)阻尼為負時，與阻尼有關的通解可以用來解釋系統(tǒng)的低頻振蕩現象；如果阻尼為正，而系統(tǒng)仍然出現振蕩現象，負阻尼理論就無法進行解釋[15]，而這一情況現實中經常出現。此時，可嘗試使用共振理論進行解釋，具體到上述微分方程，其特解可以反映這一共振過程：當振蕩頻率與系統(tǒng)固有頻率相同時，系統(tǒng)將會出現共振現象，無阻尼時，振幅會無限放大，但事實上實際系統(tǒng)的阻尼都是存在的，因此，電力系統(tǒng)常表現為等幅振蕩。理論分析與實踐均表明，局部振蕩、區(qū)間振蕩甚至多機之間的振蕩均有可能是共振引起的低頻振蕩，振蕩的幅值與擾動的幅值正相關，與系統(tǒng)的阻尼大小負相關[9]。如果系統(tǒng)本身阻尼較弱，擾動下穩(wěn)定時間將會大大增加，而當系統(tǒng)處于負阻尼狀態(tài)時系統(tǒng)將會失穩(wěn)。

共振造成的低頻振蕩有以下特點[11,16]：（1）啟振快：從受到擾動到達到最大振幅一般只需2～3個周期；（2）消失快：一旦擾動消失，振蕩也隨之消失；（3）等幅振蕩：從啟振到消失，振幅基本不變。這三個特點也是共振機理區(qū)別于負阻尼機理的顯著特點。共振機理造成的低頻振蕩的頻率與擾動源基本一致，傳播距離往往較遠，但功率振幅最大的機組未必最靠近擾動源[17]，因而，多機振蕩時，擾動源的定位比較困難。

仿真分析表明，汽輪機調節(jié)閥擾動頻率[15]、汽輪機主蒸汽壓力脈動頻率[18]等與電力系統(tǒng)固有頻率接近時，將會產生共振，從而引起低頻振蕩。擾動源持續(xù)作用時，局部振蕩有可能發(fā)展成區(qū)間振蕩，并可能放大振蕩幅值。3 低頻振蕩擾動源定位與振蕩機理判別

電力系統(tǒng)低頻振蕩發(fā)生時，迅速定位擾動源并判明其機理，是快速平息振蕩的前提。擾動源的定位可以依據機械功率與電氣功率的相位差異、擾動行波在線路上的傳播時間或者電網中的能源流等信息來進行。當然，并不是所有的低頻振蕩現象都需要對擾動源定位，比如局部低頻振蕩；但當多機低頻振蕩發(fā)生時，擾動源定位工作就顯得很有意義，尤其是在特高壓交直流混聯電網建設的持續(xù)推進、電力系統(tǒng)結構日趨復雜化的背景下，電力系統(tǒng)低頻振蕩擾動源定位問題更顯得迫切需要解決[19]。

準確判斷低頻振蕩發(fā)生的機理，有助于制定抑制措施，減輕低頻振蕩的危害。根據負阻尼理論與共振理論，汽輪機組運行時因功頻調節(jié)回路引起的低頻振蕩一般可由負阻尼理論進行解釋，而因為汽輪機調節(jié)閥的伺服閥或位移傳感器（LVDT）故障、油動機卡澀、控制油壓力脈動等電液系統(tǒng)故障造成的低頻振蕩一般應由共振理論進行解釋[10]。一般說來，在汽輪機控制系統(tǒng)正常無缺陷的情況下，由負阻尼而導致的低頻振蕩，都應通過電力系統(tǒng)參數調整或投用PSS來解決，理由是系統(tǒng)的阻尼主要取決于電力系統(tǒng)，而汽輪機及其調速系統(tǒng)的加入只能使系統(tǒng)阻尼略微的改變[14]。

對電力系統(tǒng)低頻振蕩發(fā)生機理的判別可以從事故數據、振蕩波形的分析入手，但汽輪機組參與的低頻振蕩可能是多種機理共同作用的結果，增加了問題的復雜性。如何從實時的振蕩曲線中快速判別振蕩機理，迅速采取針對性應對措施，是確保電力系統(tǒng)安全亟待解決的問題。4 從汽輪機側抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩

從目前已發(fā)生的多起低頻振蕩事件看，汽輪機配汽方式切換、汽輪機汽門活動性試驗、一次調頻回路投入、閥門開度晃動以及外界干擾等操作或異常都有可能誘發(fā)電力系統(tǒng)低頻振蕩。當電網檢修導致機組與電網之間聯接變弱、或新建及改造后的機組第一次進行類似操作時尤其應注意。多種類型的低頻振蕩，汽輪機均可能參與其中，這些振蕩不能自行平息或應對措施無效時，機組將會被強制解列。除按規(guī)定投用與優(yōu)化PSS功能[20]外，目前汽輪機組的邏輯設計很少會考慮電力系統(tǒng)低頻振蕩問題，為此，建議采取以下方面來抑制低頻振蕩。4.1 優(yōu)化控制邏輯

（1）在一次調頻功能中，采用高精度的電網頻率信號代替本機組汽輪機轉速信號，這樣可以有效抑制局部低頻振蕩；（2）在汽輪機配汽方式切換邏輯中，取消切換時DEH側功率控制閉環(huán)自動投入邏輯，而改為在配汽方式切換切換前由人工投入DCS側協調控制功能，同時將切換時間改為4分鐘以上；（3）設置機組協調控制功能與DEH側功率閉環(huán)控制功能相互閉鎖邏輯；（4）將DCS與DEH之間汽輪機遙控負荷指令信號由通信方式或數字量硬接線方式改為模擬量硬接線方式；（5）將汽輪機調節(jié)閥開度指令與反饋信號引入PMU采集系統(tǒng)中；（6）在DCS與DEH操作站上設置一次調頻功能投切按鈕，并加強管理。

為了抑制低頻振蕩，可嘗試使用一種新型的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器GPSS(governorpower system stabilizer，GPSS)，它經DEH控制邏輯作用于汽輪機調速系統(tǒng)，通過汽輪機調節(jié)閥直接增減汽輪機的功率來產生阻尼力矩，消耗振蕩能量，抑制低頻振蕩 [21]；或者還可在DEH中使用帶阻濾波器，通過對機組功率、汽輪機角速度以及調節(jié)閥閥位指令與反饋的監(jiān)測分析，判斷系統(tǒng)振蕩是否與汽輪機調速系統(tǒng)有關，如有則投入濾波器，濾除低頻振蕩擾動信號，從而平息振蕩[22]。4.2 嚴格試驗測試

通過下列試驗與測試，可以發(fā)現汽輪機組存在的涉網問題，如及時整改，并消除調節(jié)閥開度晃動缺陷，可以有效預防電力系統(tǒng)低頻振蕩的發(fā)生。

（1）汽輪機調節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)試驗。通過該試驗確認汽輪機調節(jié)閥動作靈活，控制線性度良好，行程與開關時間滿足要求。（2）汽輪機流量特性試驗。通過該試驗，整定汽輪機配汽函數，提高機組控制的線性度，對于新建或改造機組，這項試驗是基礎，十分必要；配汽函數沒有重新整定，汽輪機順序閥方式就不能投入使用；運行老化等也會使汽輪機配汽函數偏離其流量特性，該試驗需要定期進行[23]。（3）一次調頻試驗。該試驗可驗證機組的一次調頻能力，試驗前應對一次調頻功能相關邏輯、參數設置的合理性與正確性進行檢查確認，避免貿然投入一次調頻功能造成系統(tǒng)振蕩事件的發(fā)生。（4）機組AGC與協調控制功能試驗。通過該試驗，確認各數據接口工作正常，整定機組協調控制參數，使控制效果達到規(guī)定要求。（5）DEH側功率閉環(huán)回路投運試驗。通過該試驗，整定功率閉環(huán)控制參數；如果汽輪機組設計有并且會用到該功能，就一定要確保該項試驗不被遺漏。（6）汽輪機及其調速系統(tǒng)建模與參數測試。機組新建、改造、大修、軟件修改或其調速系統(tǒng)重要參數發(fā)生變化后，均要進行該項試驗，由此準確獲得該機組主要的涉網信息，以利于在規(guī)劃設計與事故分析等環(huán)節(jié)中進行電力系統(tǒng)綜合仿真計算[24]；實際上，一旦發(fā)生了低頻振蕩，分析計算用的機組信息均來源于此。4.3 迅速正確操作

電力系統(tǒng)低頻振蕩具有突發(fā)性、隨機性的特點，短期內難以完全解決。汽輪機組運行時，一旦發(fā)生功率周期性反復振蕩，建議立即采取以下措施：（1）將機組退出AGC控制；（2）汽輪機轉速也振蕩時，迅速撤出一次調頻功能；（3）如DEH側功率閉環(huán)回路投用，迅速將其撤出[25]；（4）將機組協調退出，汽輪機切換到閥位控制方式[26]；（5）上述四項措施未使振蕩平息時，應該將機組出力降低至最低技術出力并維持出力穩(wěn)定[17]；（5）等待調度指令，做好手動解列機組的準備。5 結論

本文分析表明，汽輪機組與電網相互影響，并參與電力系統(tǒng)低頻振蕩，這會嚴重威脅機組的安全穩(wěn)定運行。然而，目前這方面的故障分析多為事后解釋性分析，難以做到事前控制，但通過相關試驗與測試可提早發(fā)現容易誘發(fā)電力系統(tǒng)低頻振蕩的缺陷；機組運行時，一旦被確認參與了低頻振蕩，應迅速采取一次調頻功能撤出、汽輪機切換到閥位控制方式等操作，確保電網與機組安全。隨著特高壓交直流混聯電網建設的快速推進，以及大量的各種新能源發(fā)電設備的并網運行，電網結構更加復雜，汽輪發(fā)電機組的運行環(huán)境更加多變，與此相關的電力系統(tǒng)低頻振蕩的機理、擾動源定位以及預控措施等問題亟待進一步深入研究，這就需要進一步完善汽輪機組參與低頻振蕩的分析模型，提高關鍵參數的準確性，從而提升分析結論的可信度。在實際中，應加強電氣、熱工與汽機專業(yè)之間的融合，高質量完成相關試驗與檢測，更加重視網源協調工作的作用，確保電網安全穩(wěn)定運行。參考文獻

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第五篇：供用電系統(tǒng)諧波之小波分析與抑制措施

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供用電系統(tǒng)諧波分析與抑制措施研究

摘 要

諧波對電力系統(tǒng)和用電設備產生了嚴重的危害及影響，而小波變換為電力系統(tǒng)諧波信號分析提供了有力的分析工具。與Fourier變換相比，小波變換是時間頻率的局部化分析，它通過伸縮平移運算對信號逐步進行多尺度細化，最終達到高頻處時間細分，低頻處頻率細分，能自動適應時頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細節(jié)，解決了Fourier變換的困難問題，成為繼Fourier變換以來在科學方法上的重大突破。有人把小波變換稱為“數學顯微鏡”。

本設計在探討了小波變換的基本原理之后，就如何應用小波工具箱對系統(tǒng)的諧波信號進行了分析。主要內容如下：

首先，采用小波變換進行諧波檢測的方法進行了系統(tǒng)仿真，通過仿真驗證了小波分析具有時域和頻域的雙重分辨率，能夠較好的解決傅立葉分析所不能解決的問題。

其次，在諧波分析中，采用小波分析算法，不僅能正確的得到各次諧波，而抑制電壓、電流波形的間斷、突起、凹陷和瞬態(tài)分量的檢測都具有較好的效果。

再次MATLAB仿真的結果驗證了本文的分析方法的正確性和有效性。有源電力濾波器(APF)是一種用于動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，可以對大小和頻率都變化的諧波進行補償，其應用可以克服無源電力濾波器(PPF)傳統(tǒng)諧波抑制方法的缺點。

關鍵詞：諧波，電力系統(tǒng)，小波分析，濾波器

I

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Power System Harmonics and Suppression Technology

ABSTRACT

In power system harmonic and power consumption equipment produces serious harm and influence, and wavelet transform for the power system harmonic signal analysis provides a strong analysis tool.Someone wavelet transformation called “math microscope”.This design in discussed the basic principle of wavelet transform, after wavelet toolbox on how to use the system harmonic signal is analyzed.Main contents are as follows: First of all, using wavelet transform of harmonic detection method of simulation system simulation shows the wavelet analysis of time domain and frequency domain has double the resolution, to better solve the Fourier analysis can't solve the problem.Secondly, in the harmonic analysis, wavelet analysis algorithm, not only to the right to get every harmonic, and inhibit voltage, current waveform discontinuities, bumps, depression and the transient component testing have better effect.MATLAB simulation results demonstrate again the this article analysis method is correct and effective.Active power filter(APF)is a kind of used to restrain the harmonics dynamic new power electronic device to the size and frequency of the harmonic compensation for change, the application can overcome passive power filter(PPF)traditional harmonic control method shortcomings.Finally based on the study of the front harmonic detection method, the Matlab simulation experiments, the simulation results show the good performance of the filter unit compensation.KEY WORDS: Harmonic, power system, wavelet analysis, filter II

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目 錄

前 言..........................................................................................................1 第1章 諧波問題........................................................................................3

1.1 電力系統(tǒng)產生的原因，危害及對策............................................3

1.1.1 諧波產生的原因................................................................3 1.1.2 諧波的危害........................................................................3 1.1.3 抑制諧波的措施................................................................4 1.2 課題研究意義...............................................................................5 第2章 諧波的分析....................................................................................6

2.1 電力系統(tǒng)諧波分析的現狀及存在問題........................................6 2.2 小波分析理論概述.......................................................................7 2.3 小波理論簡介...............................................................................8

2.3.1 連續(xù)小波變換....................................................................8 2.3.2 離散小波變換....................................................................9 2.3.3 多分辨率分析....................................................................9

第3章 諧波檢測仿真分析......................................................................14

3.1 諧波信號模型的建立.................................................................14

3.1.1 matlab簡介.......................................................................14 3.1.2 電力系統(tǒng)諧波信號..........................................................15 3.2 MATLAB小波分析..................................................................19 第4章 諧波抑制方法與裝置..................................................................24

4.1 諧波抑制主要方法.....................................................................24

4.1.1 降低諧波源的諧波含量...................................................24 4.1.2 在諧波源處吸收諧波電流...............................................25 4.1.3 改善供電環(huán)境..................................................................26 4.2 電力濾波器.................................................................................26

4.2.1 濾波器的發(fā)展過程..........................................................26 4.2.2 無源濾波器......................................................................26 4.2.3 有源濾波器......................................................................30

III

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4.3 電網諧波治理的模型.................................................................34

4.3.1 電網線路的結構圖..........................................................34 4.3.2 系統(tǒng)模型的建立..............................................................35 4.3.3 采用無源濾波器的模型...................................................36 4.3.4 在無源補償器的基礎上加上了有源補償器....................36

結 論.......................................................................................................37 謝 辭.........................................................................................................39 參考文獻...................................................................................................40 外文資料翻譯...........................................................................................42

IV

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前 言

隨著科學技術的發(fā)展，隨著工業(yè)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。

高次諧波產生的根本原因是電力系統(tǒng)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(tǒng)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。一切非線性的設備和負荷都是諧波源。

當電力系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)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(tǒng)倒送大量的諧波能量，使系統(tǒng)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(tǒng)的諧波源按其非線性特性分主要有三類[1]：

(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(yè)及家用電器中廣泛使用；在系統(tǒng)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(guī)則的波動，其非線性呈現電弧電壓與電弧電流不規(guī)則的、隨機變化的伏安特性。

由于電力系統(tǒng)施加于負荷的電壓基本不變，諧波源負荷通過從電力系統(tǒng)取得一定的電流作功，該電流不因系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的諧波阻抗故諧波電流源在電力系統(tǒng)中一般可按恒流源對待。諧波電流源注入電力系統(tǒng)

洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 的諧波電流，在系統(tǒng)的阻抗上產生相應的諧波壓降，便形成系統(tǒng)內部的諧波電壓，使原有的正弦波電壓產生畸變。

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第1章 諧波問題

1.1 電力系統(tǒng)產生的原因，危害及對策

1.1.1 諧波產生的原因

諧波主要由諧波電流源產生:當正弦基波電壓施加于非線性設備時，設備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發(fā)生了畸變，由于負荷與電網相連，故諧波電流注入到電網中，這些設備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩類：含半導體的非線性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設備；含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐、變壓器及鐵磁諧振設備等。它們使電網電壓、電流波形產生畸變，不再是正弦波，通常這種畸變波形是周期的。從頻域的觀點出發(fā)，基于傅里葉級數的諧波分析法把除與電源電壓頻率一致的基波以外的高次正弦波分量稱為(高次)諧波，它們的頻率一般為基波頻率的整數倍。抑制諧波干擾的目的就是消除電力系統(tǒng)中的高次諧波或把其降低到允許值以下，使電網電壓、電流保持為正弦波。

1.1.2 諧波的危害

諧波對電網和其它系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面[2]：

(1)電網中的元件產生了附加的諧波消耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時，會使線路過熱甚至發(fā)生火災。

(2)諧波影響各種用電設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。

(3)會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，這就使得上述兩種的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

(4)諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣儀器表計量不準確。

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(5)諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量：重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

(6)諧波還會降低供電系統(tǒng)的功率因數。

1.1.3 抑制諧波的措施

在電力系統(tǒng)中所采用的比較實用有的方法之一就是利用交流電力濾波器。交流電力濾波器盡管種類繁多、電路結構和所用元件各不相同，但總的來說可分為有源和無源電力濾波器兩種。使用比較多的是無源電力濾波器(Passive Power Filter)，在運行中一般把它與諧波源并聯。它是利用電路諧振的原理來工作的，即當電路對某次諧波發(fā)生諧振時，對該次諧波形成低阻通路，從而達到濾除該次諧波的目的。無源電力濾波器除了起濾除諧波的作用外，還可兼顧無功補償。盡管無源電力濾波器所用元件少、電路結構簡單、造價底，運行費用也低，在吸收高次諧波方面效果顯著，但由于結構原理上的原因，在實際運用中它存在以下難以克服的缺點和局限性[3]。由于無源電力濾波器有其難以克服的缺點和局限性，利用有源電力濾波器進行諧波和無功補償是今后的一個發(fā)展趨勢。有源電力濾波器(Active Power Filter)是一種動態(tài)抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，它能對頻率和大小都變化的諧波和無功進行補償，可以彌補無源濾波器的缺點，獲得比無源濾波器更好的補償特性，是一種理想的補償諧波裝置。近年來，國外已開始在工業(yè)和民用設備上廣泛使用有源電力濾波器，并且單機裝置的容量逐步提高，其應用領域從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統(tǒng)供電質量的方向發(fā)展[4]

有源濾波具有以下3個特點[5]：

(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(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)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(yōu)勢。隨著電力電子工業(yè)的發(fā)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(tài)抑制諧波、補償無功的新型電子裝置，它能

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對大小和頻率都變化的諧波進行補償，APF中最重要的部分就是檢測環(huán)節(jié)，它是快速準確抑制諧波的關鍵，而基于小波分析的有源電力濾波器，對諧波的抑制效果較好。故本文提出基于小波的諧波分析。

1.2 課題研究意義

波抑制研究的意義，首先是因為諧波的危害十分嚴重。諧波使電能的生產，傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱，產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。諧波抑制研究的意義，還在于其對電力電子技術自身發(fā)展的影響。電力電子技術是未來科學技術發(fā)展的重要支柱。有人預言，電力電子連同運動控制將和計算機技術一起成為21世紀最重要的兩大技術。然而，電力電子裝置所產生的諧波污染已成為阻礙電力電子技術發(fā)展的重大障礙，它迫使電力電子領域的研究人員必須對諧波問題進行更為有效的研究。諧波抑制研究的意義，更可以上升到從治理環(huán)境污染，維護綠色環(huán)境的角度來認識。對電力系統(tǒng)這個環(huán)境來說，無諧波就是“綠色”的主要標志之一。在電力電子技術領域，要求實施“綠色電力電子”的呼聲也日益高漲。目前，對地球環(huán)境的保護已成為全人類的共識，對電力系統(tǒng)諧波污染的治理也成為電工科學界所必須解決的問題[6]。

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第2章 諧波的分析

2.1 電力系統(tǒng)諧波分析的現狀及存在問題

電力系統(tǒng)諧波分析的目的是對諧波污染的治理，這往往需要準確的檢測出電網中各次諧波電流。這屬于電力系統(tǒng)信號分析檢測的范疇，發(fā)展有效可靠和簡單實用的電力系統(tǒng)與用電設備諧波分析的方法一直是人們努力研究的方向。以往的諧波方法主要包括：卡爾曼濾波算法，自適應檢測法，基于傅里葉變換的數字化分析法等。卡爾曼濾波算法，對低次及高次諧波均有很強的抑制能力，但無法消去衰減直流分量的影響，當衰減直流分量較大、持續(xù)時間較長時，卡爾曼濾波器的估計參數無法在20ms內收斂，用于故障判據中的參數只能是尚未完全收斂的估計參數的數值，這樣將提高誤判的幾率。自適應檢測法是基于自適應干擾抵消原理，將電壓作為參考輸入，負載電流作為原始輸入，從負載電流中消去與電壓波形相同的有功分量，得到需要補償的諧波與無功分量，該方法主要用于無功補償。基于快速傅里葉分析FFT的數字化分析法是建立在Fourier分析的基礎上，因此要求被補償的波形是周期變化的，否則會帶來較大誤差。通過FFT將檢測到的一個周期的諧波信號進行分解，得各次諧波的幅值和相位系數。其優(yōu)點是可以選擇擬消除的諧波次數，缺點是具有較長的時間延遲，實時性較差。

二十世紀八十年代發(fā)展起來的小波理論，因其在時一頻域中同時具有自動聚焦調節(jié)能力。被認為是傅里葉分析方法的突破性進展，因而在信號分析與處理中獲得日益廣泛的應用。小波母函數可以構造帶通濾波器，將信號分解成不同頻帶的成分，同時小波變換也具有檢測信號局部奇異性的強大功能。從1993年起，開始有學者嘗試將小波分析應用到電力系統(tǒng)中，但為數較少。2000~2001年，電力系統(tǒng)諧波分析中的小波分析應用研究在國內掀起了高潮，發(fā)表了一大批文章[7]。但絕大部分的研究均是遵循Mallat提出的分析思路，并大多將工作的重心放在基本小波函數的構造上和快速小波算法的研究上，而沒有結合小波分析理論對電力系統(tǒng)的諧波產生特性

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做深入的研究，有的文獻雖對電力系統(tǒng)諧波信號的奇異性進行了研究，但也僅僅是針對電力系統(tǒng)諧波暫態(tài)信號的假想模型，討論了諧波暫態(tài)信號在故障點的奇異度，得出“電力系統(tǒng)諧波暫態(tài)信號在故障時刻的奇異度是不確定的，不同的諧波暫態(tài)信號的奇異度是不同的”的結論，這對于選擇合適的小波母函數用以分析諧波信號的奇異性，仍未提供有價值的理論依據。己有的研究工作雖然顯示出小波變換的良好性能，但多數僅局限于經驗性地選定某一小波母函數和算法來研究其變換結果，對于不同應用要求下小波基的選擇原則和設計方法缺乏系統(tǒng)性的分析探討。研究電力系統(tǒng)諧波檢測與識別的方法很多，但每種方法均各有各自的局限性，還需在快速性和精度上不斷改進、提高。

2.2 小波分析理論概述

小波分析[8]是當前數學中一個迅速發(fā)展的新領域，它同時具有理論深刻和應用十分廣泛的雙重意義。

小波理論(Wavelet analysis)是20世紀數學研究成果中最杰出的代表之一。它作為數學學科的一個分支，吸取了現代分析學中諸如泛函分析、數值分析、傅立葉分析、樣條分析、調和分析等眾多分支的精華。由于小波分析在理論上的完美性及在應用上的廣泛性，受到了科學界和工程界的高度重視，并且在信號處理、圖像處理、模式識別、地震預報、故障診斷等學科領域中得到了廣泛的應用[9]。

小波(Wavelet)這一術語，顧名思義，“小波”就是小的波形。所謂“小”是指它具有衰減性；而稱之為“波”則是指它的波動性，其振幅正負相間的震蕩形式。與Fourier變換相比，小波變換是時間(空間)頻率的局部化分析，它通過伸縮平移運算對信號(函數)逐步進行多尺度細化，最終達到高頻處時間細分，低頻處頻率細分，能自動適應時頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細節(jié)，解決了Fourier變換的困難問題，成為繼Fourier變換以來在科學方法上的重大突破。有人把小波變換稱為“數學顯微鏡”。

小波理論是一種時域—頻域分析方法，它介于純時域的方波分析和純頻域的傅立葉分析之間，它具有良好的局部化性質(localization nature)。它

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可以根據信號的不同頻率成分，在時域或頻域自動調節(jié)取樣的疏密：頻率高時，則密；頻率低時，則疏。由于對頻率成分采用逐漸精細的時域或頻域取樣步長，因此可以聚集到對象(函數、信號、圖像等)的任意細節(jié)，并加以分析。因此，它在信號的分解與重構(decomposition and reconstruction)、信號和噪聲分離技術(etchniques of separation noise from signals)、特征提取(characteristic extraxtion)、數據壓縮(data compression)等工程實際應用中，顯示出巨大的優(yōu)越性。而這些正是近200年來大量應用于許多工程領域的傅立葉理論所無法做到的。

現代電力系統(tǒng)集發(fā)電、變電、輸電、配電和用電于一體，涉及范圍廣，且元件繁多，結構復雜。為了確保電力系統(tǒng)的安全、可靠、經濟運行，以及一旦發(fā)生故障后，能快速地消除或隔離故障，盡快恢復正常運行，在電力系統(tǒng)中需要大量的高新技術。小波理論以其突特的種時域—頻域分析方法，在電力系統(tǒng)的故障檢測中，得到了較為廣泛的應用，而且隨著研究的深入，小波理論在電力系統(tǒng)中將具有無比廣闊的應用前景。小波分析的應用是與小波分析的理論研究緊密地結合在一起地?，F在，它已經在科技信息產業(yè)領域取得了令人矚目的成就?，F在，對于其性質隨實踐是穩(wěn)定不變的信號，處理的理想工具仍然是傅立葉分析。但是在實際應用中的絕大多數信號是非穩(wěn)定的，而特別適用于非穩(wěn)定信號的工具就是小波分析。

2.3 小波理論簡介

2.3.1 連續(xù)小波變換

小波變換作為一種新的數學工具，是傳統(tǒng)傅立葉變換的發(fā)展，在信號處理領域中有著巨大的廣闊的潛在應用前景，其在圖像處理、數據壓縮等領域的成功應用更使得人們在其他領域對其進行研究。當前小波分析和變換的研究如火如荼，其應用范圍也越來越廣。

對于速降的震蕩函數函數Ψ(t)的評議和伸縮?(a,?)(t)代替窗口函數，其中α為伸縮系數(α的改變以實現頻率的變化)，τ為平移參數(實現對f(t)在不同時刻的掃描)。

2L將任意(R)空間中的函數f(t)在小波基下進行展開，稱這種展開為函

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數f(t)的連續(xù)小波變換(Continue Wavelet Transform，簡稱為CWT)，其表達式為：

WTf(a,?)?f(t),??,?(t)?1a?Rf(t)?(t???)d?

(2-1)

2.3.2 離散小波變換

由小波函數定義可知.小波函數是由小波母函數進行伸縮和平移后得到的一組函數系列，這意味著小波基是一組非正交的過渡完全基。因此任意函數的小波展開系數之間有一個相關關系，即CWT系數有很大的冗余量。為了減少計算量和在計算機實現，必須連續(xù)小波進行離散化處理。在前面所述的一維連續(xù)小波中，通過選擇

a,??R,m,n?za?1,?0?0移伸縮形式表示為式(2-2)，其中00，并且0要求，則得相應的離散小波變換為式(2-3)。

ma?a0m??n?a00和，可將基小波的平

?m,n(t)?a?m/20mt?n?0a0?()

(2-2)ma0WTf(m,n)??f(t)?m,n(t)dt

(2-3)

R

2.3.3 多分辨率分析

Mallat(Mallat算法是Mallat提出的用于某一函數F(t)的二進小波分解與重構的快速算法相當于傅里葉變換的FFT)使用多分辨分析的概念統(tǒng)一了各種具體小波基的構造方法，并由此提出了現今廣泛使用的Mallat快速小波分解和重構算法，它在小波分析中的地位與快速傅里葉變換在傅里葉分析中的地位相當[10]。

人的眼睛觀察物體時，如果距離物體比較遠，即尺度較大，則視野寬、分辨能力低，只能觀察事物的概貌而看不清局部細節(jié)；若距離物體較近，即尺度較小，那么視野就窄而分辨能力高，可以觀察到事物的局部細節(jié)卻無法概覽全貌。因此，如果既要知道物體的整體輪廓又要看清其局部細節(jié)，就必須選擇不同的距離對物體進行觀察。和人類視覺機理一樣，人們對事物、現象或過程的認識會因尺度選擇的不同而得出不同的結論，這些結論

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有些可能反映了事物的本質，有些可能部分地反映，有些甚至是錯誤的認識。顯然，僅使用單一尺度通常只能對事物進行片面的認識，結果不是只見“樹木”不見“森林”，就是只見“森林”不見“樹木”，很難對事物有全面、清楚的認識。只有采用不同的尺度，小尺度上看細節(jié)，大尺度上看整體，多種尺度相結合才能既見“樹木”又見“森林”。另一方面，在自然界和工程實踐中，許多現象或過程都具有多尺度特征或多尺度效應，同時，人們對現象或過程的觀察及測量往往也是在不同尺度上進行的。因此，多尺度分析是正確認識事物和現象的重要方法之一。由粗到細或由細到粗地在不同尺度(分辨率)上對事物進行分析稱為多尺度分析，又稱多分辨分析。多尺度分析最早用于計算機視覺研究領域，研究者們在劃分圖像的邊緣和紋理時發(fā)現邊緣和紋理的界限依賴于觀察與分析的尺度，這激發(fā)了他們在不同的尺度下檢測圖像的峰變點。1987年，Mallat將計算機視覺領域內多尺度分析的思想引入到小波分析中研究小波函數的構造及信號按小波變換的分解和重構，提出了小波多尺度分析(又稱多分辨分析)的概念，統(tǒng)一了此前各種具體小波的構造方法。Mallat的工作不僅使小波分析理論取得了里程碑式的發(fā)展，同時也使多尺度分析在眾多領域取得了許多重要的理論和應用成果。目前，小波分析已經成為應用最廣泛的多尺度分析。

2?(t)?L(R)，若其整數平移序列{?n(t)??(t?n)}相互正交，即設函數??n(t),?n.(t)???(n?n')，其中n,n'?Z。則由{?n(t)}所張成的子空間稱為尺度空間，函數?(t)稱為尺度函數(或生成元)。由式(3-5)可知，在尺度函數序列{?n(t)}中，由于m?0，因此由{?n(t)}所張成的子空間為零尺度空間，記t}即為V0的一組基。根據泛函分析的理論，任意函數f(t)?V0，而{?n()CV可以由0的一組基線性表出，見式(2-4)，其中n如式(2-5)所示。同樣可以

{?(t)}得尺度m?0下的尺度函數序列，由m,n所張成的子空間為m尺度空間，{?(t)}f(t)?VmV記為m，那么任意可由m,n線性表出，即式(2-6)。做V0f(t)??cn?n(t)

(2-4)

ncn?????f(t)?n(t)dt

(2-5)

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f(t)??cm,n?m,n(t)

(2-6)

n由此可見，尺度函數?(t)在不同尺度下的平移序列張成了一序列的尺

?(t){V,m?Z}度空間m。隨著尺度m的增大，尺度函數m,n的寬度增大，且實m(2T0)也變大，即它的線性表達式(2-6)不能表示函數的細微際的平移間隔變化(即小于該尺度下的變化)，因此它張成的尺度空間只能包含大尺度的?(t)緩變信號；相反，隨著尺度m的減小，函數m,n的寬度變小，實際的平m(2T0)也變小，則它的線性表達式可以表達函數的更細微的變化，移間隔因此它張成空間的尺度空間所包含的函數增多，尺度空間變大。由此，可給出多分辨率分析的如下數學描述。

2V,m?ZL(1)在(R)中，存在一閉子空間序列m，即如式(2-7)所述，則這一序列嵌套子空間具有逼近性和伸縮性，如式(2-8)所示。

...?V2?V1?V0?V?1?V?2...f(t)?Vm?f(2t)?Vm?

1(2-7)

(2-8)?(t)?V0{?(t)??(t?n)}V(2)存在函數，使得n構成0的正交基，如式(2-9)所示，若基。

V0?span{?(t?n)},??(t?n)?(t?m)dt??(m?n)

(2-9)

R{?n(t)}n?z是

V0的正交基，則

{?m,n(t)?2?m/2?(2?mt?n)}m,n?z是

V0的正交雖然多分辨率分析的一序列子空間逼近L2(R)，但由于它們之間是互相包含的，不具有正交性，因此它們的基{?m,n(t)}m,n?Z在不同尺度下不具有正交性，因而也就不能作為L2(R)的正交基。為了尋找一組L2(R)的正交基，VWV有必要引入{Vm}的正交補。設m是m的在m?1中的正交補空間，見式

WW(2-10)，那么，對任意m?n，m和n都是正交的，由式(2-7)和式(2-8)可

2WmL得式(2-11)。因此，是構成(R)的一序列正交子空間，見式(2-12)。若g(t)?W0?mg(2t)?Wm，即式(2-13)所示。，則

Vm?1?Vm?Wm,Wm?Vm

(2-10)

L2(R)??Wm,m?Z

(2-11)

Wm?Vm?1?Wm,W0?V?1?V0

(2-12)

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g(t)?W0?g(2?mt)?Wm

(2-13)若{?m,n(t)?2?m/2?(2?mt?n)}n?Z是

W0的一組正交基，由式(2-13)對任意尺

Wm度m?Z，{?m,n(t)?2?m/2?(2?mt?n)}n?Z一定是的一組正交基，再根據

2?m,n(t)}L2(R)??Wm，其中m?Z可得全體{L構成(R)的一組正交基，?(t)就W是小波母函數，m是尺度為m的小波空間。小波空間與尺度空間是互補的，尺度空間之間是互含關系，小波空間之間是正交關系[11]。

根據多分辨率分析的定義，由于V0?V1?W1，如果一維信號f(t)?V0，則f(t)可分解(投影)為V1和W1上的兩部分，在V1上的投影稱為f(t)的輪廓部分，記為f1d(t)。在W1上的投影稱為f(t)的細節(jié)部分，記為f15(t)。如果?(t)是尺度函數，??t?是小波函數，則可得式(2-14)。

f1s(t)??c1,n?(2?1t?n)f1d(t)??d1,n?(2?1t?n)

(2-14)

nn分別為尺度分解系數和小波分解系數見式(2-15)，重構

f(t)?V?1V?V0?W0信號得式(2-16)。同樣，時，因?1，則f(t)可分解(投影)為V0cd上的兩部分，見式(2-17)，其中0,n和0,n見式(2-18)所示。以上分析是在m??1,0,1時的尺度空間下進行的，對其他尺度空間同樣適用。其中，W0c1,n和d1,n和c1,n??f(?),?(2?1t?n)?，d1,n??f(?),?(2?1t?n)?

(2-15)f(t)?f1s(t)?f1d(t)??c1,n?(2?1t?n)??d1,n?(2?1t?n)

(2-16)

nnf(t)?f0s(t)?f0d(t)??c0,n?(t?n)??d0,n?(t?n)

(2-17)

nnc0,n??f(t),?(t?n)? , d0,n??f(t),?(t?n)?

(2-18)尺度函數和小波函數在相鄰兩個尺度上的關系就是二尺度方程，它反映了相鄰尺度空間和小波空間之間的內在聯系。由多分辨率分析的定義可知，若?(t)和?(t)分別為尺度空間氣和小波空間V0?V?1,W0?V?1W0的正交基，由于，所以?(t)和?(t)也必然包含在V?1中，而V?1的一組正交基

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為{??1,n(t)?21/2?(2t?n)}n?Z，所以?(t)和?(t)可以表示為式(2-16)所示。

對任意相鄰空間，?(t)和?(t)的表達式(2-19)都成立。系數h(n)和g(n)稱作濾波器系數，它們是由尺度函數?(t)和小波函數?(t)決定的，與具體尺度無關。

?(t)?21/2?h(n)?(2t?n)n

?(t)?21/2?g(n)?(2t?n)n13

(2-19)

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第3章 諧波檢測仿真分析

3.1 諧波信號模型的建立

3.1.1 matlab簡介

在MATLAB中進行電力系統(tǒng)諧波分析，通過建立電力系統(tǒng)產生諧波諧波的，產生諧波后，再將諧波信號導入小波分析工具中，進行諧波分析[12]。

諧波分析必須要有研究對象，而實際的電網信號采樣需要精密的儀器設備和在特定的電力環(huán)境下進行，要求比較高。算法研究通常采用計算機仿真的方法，需要對研究對象進行建模，因此好的模型的建立是研究的前提。怎樣合理的建立諧波信號模型是一個很關鍵的問題，也是研究的一個難點之一。MATLAB是工程應用和科學計算領域的強大的武器，它不僅僅可以用在諧波的仿真上，也可以用來建立各種信號模型，為理論和算法的研究提供好的研究對象。

在科學研究和工程應用中，往往要進行大量的數學計算，其中包括矩陣運算和一些復雜的數學運算。一般來說，這些運算難以用手工精確、快捷地進行，要借助計算機編程采用數值方法來近似計算，MATLAB的用戶界面功能更加強大，并且具有鮮明的特點[13]。

MATLAB的典型應用包括：

(1)科學計算；(2)算法的開發(fā)研究；(3)數據采集及信號處理；(4)建模及原型仿真；(5)數據分析和數據可視化；(6)科學與工程繪圖；

(7)應用程序開發(fā)(包括建立圖形化用戶界面)。MATLAB應用于算法仿真和分析具有以下一些優(yōu)點：

(1)編程效率高；

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(2)用戶使用方便；(3)擴展能力強；

(4)語句簡單，內涵豐富；

(5)高效、方便的矩陣和數組運算；(6)方便的繪圖及其圖形界面功能。

由于MATLAB所具有的上述優(yōu)點，本文主要將運用MATLAB工具對諧波進行分析，分析過程中主要用到了MATLAB的信號處理工具箱和小波工具箱的一些函數，同時結合MATLAB強大的繪圖和數據處理功能，給算法的分析和仿真帶來了很大的便利，使得我們可以將主要精力放在算法的分析比較和實現上，而不必拘泥于編程的細節(jié)。

3.1.2 電力系統(tǒng)諧波信號

根據實際電網中的諧波情況和仿真分析的需要，我們構建出若干類信號模型。實際電網中由于既存在線性負荷也存在非線性的負荷，所以實際情況下電網中的諧波既包含穩(wěn)定的基波的各次諧波分量也包含一些非穩(wěn)定的瞬態(tài)變化的諧波，各種電網噪聲干擾等。為了仿真分析的方便起見，我們選取有代表性的僅含一種諧波情況的諧波信號進行分析，要分析更復雜的情況只需將各種情況組合疊加即可[14]。

信號模型一：正弦信號的線性組合，即僅含有基波的各次諧波的信號。在電網中電壓和電流的基波頻率均為fo=50Hz，我們考慮含有3，5，7次諧波的情況。設信號的數學表達式如下：

111s(t)?sin(2?f0t)?sin(3?2?f0t)?sin(5?2?f0t)?sin(2?f0t)

(3-1)357上式中第一項是頻率fo=50Hz的基波，第二項是頻率

f1=150Hz的3次諧波分量，第三項為5次諧波分量，第四項為7次諧波分量。在本模型中沒有取所有次數的諧波，而只是取了在電力系統(tǒng)中較有代表性的諧波分量來分析，可以簡化分析且不失一般性。其仿真模型如圖3-1所示，其信號波形如圖3-2所示。

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圖3-1 正弦信號搭建的諧波電源的仿真模型

圖3-2 正弦信號搭建的諧波電源的信號波形圖

信號模型二：含有白噪聲的正弦信號，即基波加白噪聲。

在電網中電壓和電流的基波頻率均為50Hz，我們考慮基波中含有正態(tài)分布的隨機噪聲的情況。設信號的數學表達式如下：

s(t)?sin(2?f0t)?0.2?randn(1,5*128)

(3-2)此信號中第一項是頻率為50Hz的基波，第二項是正態(tài)分布的隨機噪聲分

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量，其幅度為基波幅度的0.2倍，在MATLAB中使用randn(m,n)函數來表示m?n階的正態(tài)分布的隨機矩陣。在實際的電網電壓或者電流中可能還含有其它成分的單一頻率的諧波，此處為了簡化分析，僅考慮基波加噪聲的情況，如果有其它諧波成分的話，將其疊加綜合考慮即可。相應的仿真圖如圖3-3所示，信號波形圖如圖3-4所示。

圖3-3 含有白噪聲的正弦信號仿真模型

圖3-4含有白噪聲的正弦信號的信號波形圖

信號模型三：分段正弦信號，含有第二類間斷點。

關于信號含有第二類間斷點的情況，一般是因為信號的導數不連續(xù)所

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造成的，相應于電網中電壓瞬態(tài)改變的情況，對應具體電網中電壓或者電流信號的模型因為沒有實際采樣，所以無從模擬，但是其檢測間斷點的原理對任何信號都是適用的。在此我們構造一個分段正弦信號，在其分界點處含有一個第二類的間斷點，相應信號模型如下：

s(t)?sin(2?f0t)0?t?0.04s{

(3-3)s(t)?sin(5?2?f0t)0.04s?t?0.1s當t?(0,0.04]時為頻率為50Hz的基波信號，當t?(0.04,0.1]時為基波的5次諧波分量，t?0.04s時的采樣點是信號的一個第二類間斷點，表明此處有一個信號的瞬態(tài)變化。信號波形如圖3-5所示。

圖3-5 分段正弦信號的信號波形圖

信號模型四：建立電力系統(tǒng)進行的仿真。

通過建立電力系統(tǒng)，測出實際的電力系統(tǒng)中的諧波信號。電力系統(tǒng)仿真模型如圖3-6所示，產生的信號模型圖如圖3-7所示。

圖3-6 電力系統(tǒng)仿真模型

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圖3-7 信號模型圖

本節(jié)對算法仿真要用到的諧波信號進行了建模，這些信號模型都是根據實際電網信號進行分類建模得來的，雖然具有理想化的特點，但是并不影響對算法本身優(yōu)劣性能的影響。并且，對于更加復雜的諧波信號，完全可以使用這四種模型的疊加得到，因此，對于這四個信號模型的研究，在研究意義上具有完備性。

3.2 MATLAB小波分析

小波分析后的諧波，對于電力系統(tǒng)中的非穩(wěn)態(tài)的諧波分析，采用離散小波變換，其中小波函數的選取很重要，根據研究比較發(fā)現dmey小波具有較好的處理效果和作用[15]。

為了對比分析的方便，我們仍然是采用離散小波變換對信號模型一至四進行仿真分析。因為電力系統(tǒng)主要包含奇數次諧波，尤其是3，5，7等次諧波，因此，在選擇頻帶的時候不能太大，否則就不能準確測量每一次諧波的含量。仿真信號的基波頻率為50Hz采用dmey小波5層分析。將采用dmey小波的離散小波變換應用于3.1的各種諧波信號模型可以得到基波及其各次諧波以及信號中的部分細節(jié)信息。

信號模型一的小波分析波形如圖3-8~3-11所示：

圖3-8 dmey小波分析后的基波信號

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圖3-9 3次諧波分量

圖3-10 5次諧波分量

圖3-11 7次諧波分量

從上述圖3-8到圖3-11中我們可以很直觀的看出基波和各個諧波成分的波形圖(有所失真)，我們可以得到信號的頻域和時域的信息。小波分析具有時域和頻域的雙重分辨率，這是小波分析的特點，也是小波分析區(qū)別于傅里葉分析的特點之一；如果采用傅里葉變換，則僅僅只能得到原始信號的頻域的信息，包括幅頻特性和相頻特性。不過在此情況下，我們對各個諧波成分的時域的信息并不關心，我們只需得出信號的頻域信息即可。所以可以得出結論當信號僅含有諧波成分時，小波分析和傅里葉分析的效果是一樣的，小波分析的結果更直觀，可以直接從圖形上看出來，而傅里葉分析的優(yōu)點是可以比較準確的反映信號的頻域特征，所得的幅值和相位往往比較準確，而從小波分析的圖形上不容易觀察得到準確的幅值和相位的信息。并且小波變換每次需要根據所含諧波的最高次數才確定分解的層數，運算量較大，且存在同一尺度下包含幾次諧波成分的情況。如果此信號模型中含有的諧波分量進一步的增多，則使用小波變換將變得非常麻煩和困難。因此，在此種信號模型下建議使用傅里葉變換。

信號模型二的小波分析波形如圖3-12所示

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圖3-12 信號模型二的小波分析

小波分解后所得基波信號可以看出與原始信號符合得比較好，因為白

D噪聲的頻譜頻域范圍比較寬，包含較多的頻域成分，所以單獨存在于1中

D~D5的噪聲信號與原白噪聲信號相差還是很明顯的，但是將1中的噪聲信號疊加之后得到的總的白噪聲信號就與原信號符合得較好了。對于信號二，采用傅里葉分析得不到準確的基波和白噪聲的時域波形，只能得到有關頻域的一些信息，但是由于白噪聲信號具有較寬的頻譜范圍，采用傅里葉分析將得到許多頻率成分，包含基波和各次諧波和間隙波以及基波的任意倍數的波形成分。此種情況下，小波變換具有傅里葉變換所不具有的特殊優(yōu)勢。

信號模型三的小波分析波形如圖3-13所示

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圖3-13 信號模型三的小波分析

由圖3-13可以看出，小波分析很好的檢測到了信號的基波及諧波的幅值、相位、發(fā)生時刻，對于信號的間斷點也檢測了出來。對于信號中含有間斷點的情況，只能使用小波分析。

信號模型四的小波分析波形如圖3-14所示

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圖3-14 信號模型四的小波分析

小波變換可以很好的實現對諧波的提取，并能比較準確的定位諧波開始的時刻。由原信號和小波分解所恢復的信號的對比可以看出，小波分析具有時域的分辨率能很好的解決問題。

從上面各種信號模型的波形仿真及其分析中可以得出如下結論：小波分析具有時域和頻域的雙重分辨率，能夠很好的解決傅里葉分析所不能解決的問題，在電網諧波分析中，采用小波分析算法，我們不僅能正確的得到各次諧波，而且對用傅里葉分析沒法解決的有關信號的暫態(tài)分量的提取，暫態(tài)分量開始時間的定位，電壓、電流波形的間斷、突起、凹陷和瞬態(tài)分量的檢測都具有很好的效果。同時小波變換對于穩(wěn)態(tài)的諧波分析問題來說，沒有傅里葉變換分析高效和直觀，且對于不同小波基的選擇可以得到的結果亦不一樣，從運算量上來講也遠遠比加窗傅里葉分析要多。

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第4章 諧波抑制方法與裝置

4.1 諧波抑制主要方法

在電力系統(tǒng)中對諧波的抑制就是如何減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，以便把諧波電壓控制在限定值之內，抑制諧波電流主要有三方面的措施。

4.1.1 降低諧波源的諧波含量

即在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產生。這種方法比較積極，能夠提高電網質量，可大大節(jié)省因消除諧波影響而支出的費用。具體方法有：

(1)增加整流器的脈動數

整流器是電網中的主要諧波源，其特征頻譜為：n?kp?1，則可知脈沖數p增加，n也相應增大，而In?I1/n，故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動數，可平滑波形，減少諧波。如:整流相數為6相時，5次諧波電流為基波電流的18.5%，7次諧波電流為基波電流的12%，如果將整流相數增加到12相，則5次諧波電流可下降到基波電流的4.5%，7次諧波電流下降到基波電流的3%。

(2)脈寬調制法

采用PWM，在所需的頻率周期內，將直流電壓調制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達到抑制諧波的目的。在PWM逆變器中，輸出波形是周期性的，且每半波和1/4波都是對稱的，幅值為±1，令第一個1/4周期中開關角為?i(i=l，2，3??m)，且0??1??2?.......?m??/2。假定?o?0，?m?1??/2，在(0，?)內開關角??0,?1,?2.....,?m,???m,???2,???1，PMW按傅里葉級數展開;由式可知，若要消除n次諧波，只需令bn=0，得到的解即為消除n次諧波的開關角?值。

(3)三相整流變壓器采用Y-d(Y/?)或d-Y(?/Y)的接線這種接線可消除3的倍數次的高次諧波，這是抑制高次諧波的最基本的方法。

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4.1.2 在諧波源處吸收諧波電流

這類方法是對已有的諧波進行有效抑制的方法，這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種：

(1)無源濾波器(PPF)無源濾波器安裝在電力電子設備的交流側，由L、C、R元件構成諧振回路，當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網。由于具有投資少、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點，無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補償的主要手段。但無源濾波器存在著許多缺點，如濾波易受系統(tǒng)參數的影響；對某些次諧波有放大的可能；耗費多、體積大等。因而隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器。

(2)有源濾波器(APF)早在70年代初期，日本學者就提出了有源濾波器

APF(Active Power Fiiter)的概念，即利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應性，能補償各次諧波，可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點；在性價比上較為合理；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險；具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。目前在國外高低壓有源濾波技術己應用到實踐，而我國還僅應用到低壓有源濾波技術。隨著容量的不斷提高，有源濾波技術作為改善電能質量的關鍵技術，其應用范圍也將從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統(tǒng)的電能質量的方向發(fā)展。

(3)防止并聯電容器組對諧波的放大

在電網中并聯電容器組起改善功率因數和調節(jié)電壓的作用。當諧波存在時，在一定的參數下電容器組會對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設備的安全。可采取串聯電抗器，或將電容器組的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。

(4)加裝靜止無功補償裝置

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速變化的諧快波源，如：電弧爐、電力機車和卷揚機等，除了產生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴重影響公用電網的電能質量。在諧波源處并聯裝設靜止無功補償裝置，可有效減小波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數[15]。

4.1.3 改善供電環(huán)境

選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對電網的影響。諧波源由較大容量的供電點或高一級電壓的電網供電，承受諧波的能力將會增大。對諧波源負荷由專門的線路供電，減少諧波對其它負荷的影響，也有助于集中抑制和消除諧波[14]。

4.2 電力濾波器

4.2.1 濾波器的發(fā)展過程

濾波器主要由無源元件R、L、C構成，稱為無源濾波器。1917年美國和德國科學家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導致了美國第一個多路復用系統(tǒng)的出現。50年代無源濾波器日趨成熟。自60年代起由于計算機技術、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向，導致RC有源濾波器、數字濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發(fā)展。到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成被研制出來并得到應用。80年代致力于各類新型濾波器性能提高的研究并逐漸擴大應用范圍。90年代至今主要致力于把各類濾波器應用于各類產品的開發(fā)和研制。當然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行[13]。

4.2.2 無源濾波器

（1）LC濾波器如圖4-1所示：

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圖4-1 LC濾波器

圖4-1所示的LC濾波器是應用最多、最廣的濾波器。無源濾波器是通過L、C串聯或并聯，使其在某次諧波產生諧振，當發(fā)生串聯諧振時，使濾波器兩端該次諧波的電壓很小，幾乎接近零，這類濾波器往往接在變壓器的二次側出口處，從而使變壓器的一次側該次諧波的分量也很小，達到對該次諧波治理的目的。串聯無源濾波器多用于對五、七、十一次諧波治理中，而且往往同時采用兩組以上濾波器，諧振在五、七次，同時起補償電容器組的作用。目前，在電力行業(yè)中，它多用于35kV和 110kV變電所的10kV母線上，兩組濾波器中的電容器容量大于變電所無功補償容量，串聯電感后，諧振在五、七次諧波頻率中，使無源濾波器一物二用，具體計算公式如下：

當無源濾波器中，L，C串聯諧振在n次諧波頻率時，XC?1?2?fnl?XL.2?fnc電容器和電感在工頻時的參數：

Xc?n2XL，當n?5時，Xc?52XL?25XL, Uc?1.04U,Qc?1.04QLC, 當n?7時，XC?72XL?49XL,UC?1.02U,QC?1.02QLC（2）RC濾波器

RC濾波器多應用于測試系統(tǒng)。因為在這一領域中，信號頻率相對來說不高。而RC濾波器電路簡單，抗干擾性強，有較好的低頻性能，并且選用標準的阻容元件易得，所以在工程測試的領域中最經常用到的濾波器是RC濾波器[14]。

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（3）一階RC低通濾波器

RC低通濾波器的電路及其幅頻相頻特性如圖4-2。

圖4-2 RC低通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性

設濾波器的輸入電壓為ex輸出電壓為ey，電路的微分方程為

RCdeydt?ey?ex

這是一個典型的一階系統(tǒng)。令?=RC，稱為時間常數，對上式取拉氏變換，有

H(S)?11或H(S)?

j2?f??1?s?1其幅頻、相頻特性公式為： |A(f)?H(f)?11?(?2?f)2,?(f)??arctg(2?f?)

分析可知，當f很小時，A(f)=1，信號不受衰減的通過;當f很大時，A(f)=0，信號完全被阻擋，不能通過。

（4）一階RC高通濾波器

RC高通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如圖4-3所示。

圖4-3 RC高通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性

無源濾波器的應用無源濾波器由電容器、電抗器，有時還包括電阻器

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等無源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波的作用；由于SVC的調節(jié)范圍要由感性區(qū)擴大到容性區(qū)，所以濾波器與動態(tài)控制的電抗器一起并聯，這樣既滿足無功補償、改善功率因數，又能消除高次諧波的影響。無源濾波器PPF一般用在諧波電流和無功負荷比較穩(wěn)定的場合。無源濾波補償是實際應用最多、效果較好、價格較低的解決方案，它包括三種基本形式：串聯濾波、并聯濾波和低通濾波(串并混合)。其中串聯濾波主要適用于三次諧波的治理;低通濾波主要適用于高次諧波的治理；并聯濾波是一種綜合裝置，它可濾除多次諧波，同時提供系統(tǒng)的無功功率，是應用最廣泛的電源凈化濾波裝置[15]。

當前在工業(yè)與建筑電氣系統(tǒng)中，絕大部分都是用的并聯無源濾波器PPF這一種，串聯無源濾波器SPF只用在中性線上作過濾三次諧波用，國際上廣泛使用的濾波器種類有：各階次單調諧濾波器、雙調諧濾波器、二階寬頗帶與三階寬頻帶高通濾波器等：

(1)單調諧濾波器：一階單調諧濾波器的優(yōu)點是濾波效果好，結構簡單；缺點是電能損耗比較大，但隨著品質因數的提高而減少，同時又隨諧波次數的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主要是2~7次，因此，基波損耗較大。二階單調諧濾波器當品質因數在50以下時，基波損耗可減少20~50%，屬節(jié)能型，濾波效果等效。三階單調諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復雜些，投資也高些，用于電弧爐系統(tǒng)中，2次濾波器選用三階濾波器為好，其它次選用二階單調諧濾波器。

(2)高通(寬頻帶)濾波器，一般用于某次及以上次的諧波抑制。當在電弧爐等非線性負荷系統(tǒng)中采用時，對5次以上起濾波作用時，通過參數調整，可形成該濾波器回路對5次及以上次諧波的低阻抗通路。

(3)無源濾波器的特點

傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法是無源濾波技術。

無源濾波器是由電力電容器、電抗器(常用空心的)和電阻器適當組合而成的濾波裝置，運行中它和諧波源并聯，除起濾波作用外，它還能補償無功功率。

由于它結構簡單、運行可靠、維護方便，因此得到了廣泛的應用。雖然無源濾波器具有簡單、方便的優(yōu)點，但它也存在如下缺點：

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(l)只能抑制固定的幾次諧波，并對某次諧波在一定條件下會產生諧振而使諧波放大，濾波效果易受元件或系統(tǒng)參數、以及電網頻率等變化的影響；

(2)只能補償固定的無功功率，對變化的無功負載不能進行精確補償；(3)其濾波特性受系統(tǒng)參數影響較大，并且其濾波特性有時很難與調壓要求；

(4)無源濾波裝置有效材料消耗多、體積大；(5)在某些條件下可能和系統(tǒng)發(fā)生諧振，引發(fā)事故；

(6)當諧波源增大時，濾波器負擔隨之加重，以至可能因諧波過載不能運行等。

無源濾波器雖然有其本身不可彌補的缺陷，由于它結構簡單、運行可靠、維護方便，因此得到了廣泛的應用。

4.2.3 有源濾波器

(l)有源電力濾波器的發(fā)展史

有源電力濾波器(Active Power Filter，縮寫為APF)也是一種電力電子裝置，它是一種動態(tài)抑制諧波和補償無功的電力電子裝置[16]，它能對頻率和大小都變化的諧波和無功進行補償，可以彌補無源濾波器的缺點，獲得比無源濾波器更好的補償特性，是一種理想的補償諧波裝置。

進入80年代，隨著電力電子技術以及PWM控制技術的發(fā)展，對有源電力濾波器的研究逐漸活躍起來，是電力電子技術領域的研究熱點之一。這一時期的一個重大突破是1983年赤木泰文等人提出了三相電路瞬時無功功率理論[17]，以該理論為基礎的諧波和無功電流檢測方法在有源電力濾波器中得到了成功的應用。

有源電力濾波器的基本原理[18]

圖4-4所示為最基本的有源電力濾波器系統(tǒng)構成的原理圖。圖中

es表示交流電源，負載為諧波源，它產生諧波并消耗無功。有源電力濾波器系統(tǒng)由兩大部分組成，即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路（由電流跟蹤控制電路，驅動電路和主電路三部分組成)。其中，指令電流運算電路的核心是檢測出補償對象電流的諧波和無功等電流分量，因此有時也稱之為

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諧波和無功電流檢測電路。補償電流發(fā)生電路的作用是根據指令電流運算電路得出的補償電流的指令信號。產生實際的補償電流，主電路目前均采用PWM變流器。作為主電路的PWM變流器，在產生補償電流時，主要作為逆變器工作，因此，有的文獻中將其稱為逆變器。但它并不僅僅是作為逆變器而工作的，如在電網向有源電力濾波器直流側貯能元件充電時，它就作為整流器而工作，也就是說，它既工作于逆變狀態(tài)也工作于整流狀態(tài)，且兩種工作狀態(tài)無法嚴格區(qū)分。

圖4-4 所示有源電力濾波器的基本工作原理是，檢測補償對象的電壓和電流，經指令電流運算電路計算得出補償電流的指令信號，該信號經補償電流發(fā)生電路放大，得出補償電流，補償電流與負載電流中要補償的諧波及無功等電流抵消，最終得到期望的電源電流[19]。

圖4-4 并聯型有源電力濾波器系統(tǒng)構成原理圖

例如，當需要補償負載所產生的諧波電流時，有源電力濾波器檢測出補償對象負載電流il的諧波分量i'c，將其反極性后作為補償電流的指令信號，由補償電流發(fā)生電路產生的補償電流ic即與負載電流中的諧波分量眾大小相等、方向相反，因而兩者相互抵消，使得電源電流is中只含基波，不含諧波。這樣就達到了抑制電源電流中諧波的目的。

如果要求有源電力濾波器在補償諧波的同時，補償負載的無功功率，則只要在補償電流的指令信號中增加與負載電流的基波無功分量反極性的成分即可。這樣，補償電流與負載電流中的諧波及無功成分相抵消，電源電流等于負載電流的基波有功分量。

(3)有源電力濾波器的分類

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圖4-5給出了有源電力濾波器的分類，圖中APF為有源電力濾波器的英文縮寫。用戶使用的電源類型包括直流電源和交流電源兩類，故有源電力濾波器按供電的類型可分為交流有源電力濾波器和直流有源電力濾波器。從與負載聯接形式的角度可分為并聯型有源電力濾波器和串聯型有源電力濾波器兩大類。

圖4-5 有源電力濾波器的分類

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圖4-6 不同形式有源電力濾波器與負載之間的連接原理圖

(4)有源電力濾波器的應用情況

電力有源濾波器作為改善供電質量的一項關鍵技術，在國外已日趨成熟。在日本已經開始進入實用化階段[20]目前已有大量有源電力濾波器投入實際使用。APF的技術構想早在70年代就己提出，但直到90年代APF技術才進入實際應用，其中一個重要原因就在于APF的實際成本價格太高。因此在選擇應用APF時必須考慮其成本價格。就當前技術水平而言，采用小額定值妙F結合無源濾波器的混合型電力有源濾波器是一種切實可行的方案。當然隨著開關器件和DSP芯片價格的下降，串并聯電力有源濾波器也是很有發(fā)展前途的[21]。電力有源濾波器的研究與應用，國內遠落后于國外，投入運行的數量也為數不多。但隨著我國對電網諧波污染治理日益重視，“綠色電力電子”的呼聲愈來愈高，電力有源濾波器必然會得到廣泛地推廣應用。

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(5)有源電力濾波器的特點[22]

基于電力電子技術發(fā)展而出現的有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波，補償無功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率及變化的無功進行補償，其應用可克服L-C濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點，其特點如下：

(1)實現了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應。

(2)可同時對諧波和無功功率進行補償，且補償無功功率的大小可做到連續(xù)調節(jié)。

(3)補償無功功率時不需貯能元件，補償諧波時所需貯能元件容量也不大。

(4)即使補償對象的負載電流過大，有源電力濾波器也不會發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補償作用。

(5)受電網阻抗的影響不大，不容易和電網阻抗發(fā)生諧振。

(6)能跟蹤電網頻率的變化，故補償性能不受電網頻率變化的影響。(7)既可對某一諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源集中補償。

4.3 電網諧波治理的模型

4.3.1 電網線路的結構圖

線路圖如圖4-7所示：

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圖4-7電網線路結構圖

該線路有1家中頻爐煉鋼廠，有1家化工廠，會產生電壓、電流諧波畸變。大量中頻爐、電弧爐的使用產生了大量的諧波電流，它們流入電網后，造成了電壓正弦波形畸變。諧波使供電線路產生了附加損耗。諧波引起公用電網局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，對電網安全運行造成嚴重危害。

4.3.2 系統(tǒng)模型的建立

4-8電網系統(tǒng)模型

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4.3.3 采用無源濾波器的模型

圖4-9 加入無源濾波器后的電網模型

4.3.4 在無源補償器的基礎上加上了有源補償器

圖4-10 混合濾波器的電網模型

經過matlab仿真，這三種方案都是可行的。

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結 論

諧波對電力系統(tǒng)和用電設備產生了嚴重的危害及影響，而小波變換為電力系統(tǒng)諧波信號分析提供了有力的分析工具。本文在探討了小波變換的基本原理之后，就如何應用小波工具箱對系統(tǒng)的諧波信號進行了分析。主要內容如下：

本設計在探討了小波變換的基本原理之后，就如何應用小波工具箱對系統(tǒng)的諧波信號進行了分析。主要內容如下：

首先，采用小波變換進行諧波檢測的方法進行了系統(tǒng)仿真，通過仿真驗證了小波分析具有時域和頻域的雙重分辨率，能夠較好的解決傅立葉分析所不能解決的問題。

其次，在諧波分析中，采用小波分析算法，不僅能正確的得到各次諧波，而且對用傅立葉分析沒法解決的有關信號的暫態(tài)分量的提取，暫態(tài)分量時間的定位，電壓、電流波形的間斷、突起、凹陷和瞬態(tài)分量的檢測都具有較好的效果。

最后MATLAB仿真的結果驗證了本文的分析方法的正確性和有效性?；具_到了實驗目的。

本分析構建的各種諧波信號模型進行了仿真，仿真結果表明：(1)當信號僅含有穩(wěn)定諧波成分時，小波分析和傅里葉分析的效果是一樣的，小波分析的結果更直觀，可以直接從圖形上看出來，而傅里葉分析的優(yōu)點是可以比較準確的反映信號的頻域特征，所得的幅值和相位往往比較準確，而從小波分析的圖形上不容易觀察得到準確的幅值和相位的信息。并且小波變換每次需要根據所含諧波的最高次數才確定分解的層數，運算量較大，且存在同一尺度下包含幾次諧波成分的情況。如果此信號模型中含有的諧波分量進一步的增多，則使用小波變換將變得非常麻煩和困難。

(2)對含白噪聲的信號的分析，小波分解后所得基波信號與原始信號符合得比較好。

(3)對含第二類間斷點的信號，信號模型四的信號不滿足狄利赫里條件(信號進行傅里葉變換的條件)，所以傅里葉變換在此種情況下并不適合。

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小波分析很好的檢測到了信號的基波及諧波的幅值、相位、發(fā)生時刻，對于信號的間斷點也檢測了出來。由小波分析與FFT的分析結果對比可以看出，對于信號中含有間斷點的情況，只能使用小波分析。

(4)對直接搭建的電力系統(tǒng)仿真模型的信號，小波分解后所得的基波信號與原始信號符合的比較好。

從上面各種信號模型的波形仿真及其分析中我們可以得出如下結淪：小波分析具有時域和頻域的雙重分辨率，能夠很好的解決傅里葉分析所不能解決的問題，在電網諧波分析中，采用小波分析算法，我們不僅能正確的得到各次諧波，而且對用傅里葉分析沒法解決的有關信號的暫態(tài)分量的提取，暫態(tài)分量開始時間的定位，電壓、電流波形的間斷、突起、凹陷和瞬態(tài)分量的檢測都具有很好的效果。同時小波變換對于穩(wěn)態(tài)的諧波分析問題來說，沒有傅里葉變換分析高效和直觀，且對于不同小波基的選擇可以得到的結果亦不一樣，從運算量上來講也遠遠比加窗傅里葉分析要多的多。

根據電網中的諧波情況和仿真分析的需要，本文構建了若干類信號模型。實際電網中由于既存在線性負荷也存在非線性的負荷，所以實際情況下電網中的諧波既包含穩(wěn)定的基波的各次諧波分量也包含一些非穩(wěn)定的瞬態(tài)變化的諧波，各種電網噪聲干擾等。

通過對諧波理論、諧波治理和補償方法的研究，該條線路的諧波治理，本文提出了三種可行性方案:方案一，加無源濾波器;方案二，加有源濾波器;方案三，既加無源又加有源的混合濾波器?？梢杂肕ATLAB對三種方案進行仿真研究，分析每種方案的治理效果。通過電網諧波抑制的模型建立，根據具體情況采取以上方案治理后電網質量會有很大改進。針對不同類別的諧波源采用多種諧波治理模式是行之有效的，這對其它地區(qū)的諧波治理也有一定的參考價值。

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謝 辭

本篇論文的順利結稿匯聚了多方的關懷與支持，在此特向給予我無限關愛的師長、學校領導、以及同學好友表示我最真摯的謝意!首先我要感謝常曉穎老師!她治學嚴謹，具有高度的責任感和忘我的工作作風。她給予我的是全方位的指導與鼓勵，在學習上要求我嚴謹、腳踏實地、勇于向上，而在實際生活中卻又像慈母給予我溫暖的關懷。其博大的人格魅力感染著我，成為我不斷前進的動力，讓我受益終身。在此，向尊師表示由衷的感謝!其次我要感謝我的小組成員給我的極大幫助，使我的論文能有一個很大的進步，設計的內容更符合要求，更具體實用。

最后我要感謝我的家人，感謝他們支持我的工作和學習!

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外文資料翻譯

Wavelet transform is aimed at the limitation of the Fourier transform and form and the development of a time-scale(time-frequency)analysis method is developed in recent years to a new mathematical tools.Fourier transform from the information signal in frequency domain is the average in the time domain, can not give local time frequency domain information, which do not have local time, and wavelet transform is different with Fourier transform characteristics:(1)the adaptive distinguish analysis sex;(2)wavelet transform according to the band and not by frequency point the way to handle the frequency domain letter worry, the signal frequency to deal with slight fluctuations will not have a great influence, and does not require the signal, the whole cycle sampling;(3)can track the time variance and transient signal.Wavelet transform in the time domain and frequency domain and has good local, and because of the high frequency band gradually fine time-frequency step length, can focus to the analysis of the object information details, so wavelet transform to signal some very sensitive, can be used to smooth the transient signal tracking of the harmonic detection, accurate positioning transient and time-varying signal, this also is at present wavelet transform in power of the most successful of harmonic detection application.Wavelet transform first by the French earth physicists Mallat in the early '1980 s on the analysis of the geophysical signal put forward.1987 years Mallat ably in the field of computer vision multi-resolution analysis into the idea of the wavelet function constructing and signal wavelet decomposition and reconstruction, obtained the discrete wavelet transform-Mallat algorithm fast algorithm.It appears to the wavelet transform to the engineering application.And the wavelet theory in power system is the first study in 1993.In 1994, Ribeiro PF proposed first wavelet transform is analysis of electric power system harmonic distortion nonstationary new tools.Wavelet transform has the characteristics of multiresolution analysis, and

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in time and frequency domain has the ability of denoting local signal characteristics, is a window size can be changed, time window and frequency window can change time-frequency localization analysis method.That is in the low frequency part of high frequency resolution and low time resolution, in the high frequency part has high time resolution and low frequency resolution, is suitable for stationary signal, also suitable for non-stationary signal analysis.Using discrete wavelet transform can will signal decomposition to all scales(band).The history of active power filter: Active Power Filter(Active Power Filter, abbreviation for APF)is also a kind of Power electronic devices, it is a kind of dynamic suppress harmonic and compensation reactive Power electronic device, it can change the size of frequency and the harmonic and reactive Power compensation, can make up for the shortcomings of passive Filter, get better than passive Filter the compensation characteristic, it is a kind of ideal compensation harmonic device.The development of the active power filter can be traced back to the earliest at the end of the 1960 s.1969 years B.M.B ird and J.F.M arsh in a paper published, described through to exchange network into three harmonic current and reduce the power of the harmonic current, so as to improve the source current waveform new method.This article appears in the active power filter, though without a word, but its description of the methods of active power filter is the basic thought of the bud.In 1971, H.S asaki and T.M achida in a paper published for the first time, the active power completely describe the basic principle of the filter, but because at that time is using linear amplification method to create the compensation current, the loss is big, high cost, and only in the laboratory research, not in the industry application.In 1976, L.G yu , proposes using PWM control converter consisting of active power filter, and established the active power filter concept, establish

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the active power filter the basic topological structure of the main circuit and control methods.In principle, it is a kind of ideal PWM converter is the compensation current circuit happened, but it was the development of the power electronics level is not high, all-controlling device less power, low frequency, thus active power filter is limited to experiment.In the 80s, along with the power electronic tepower chnology and PWM control technology development, the research of active filter gradually get active, is the electric power electronic technology of research in the field of one of the hotspots.This period is a major breakthrough in 1983 red wood such as Thai people put forward the three-phase circuit is instantaneous reactive power theory, the basis of the theory of harmonic and reactive current detection method in the active power filter been successfully used, greatly promoted the development of the active power filter.At present, the three-phase circuit is instantaneous reactive power theory of active power filter is considered to be one of the main theoretical basis.44

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翻譯: 小波變換是針對傅立葉變換的局限性而形成和發(fā)展的一種時間—尺度（時間—頻率）分析方法，是近年來發(fā)展起來的一個嶄新的數學工具。傅立葉變換所得到的頻域信息是信號在整個時域的平均，從而無法給出局部時間的頻域信息,即不具有時間局部性，而小波變換具有不同于傅立葉變換的特點：(1)自適應分辨分析性；(2)小波變換按頻帶而不是按頻點方式處理頻域信急，信號頻率的微小波動不會對處理產生很大影響，且不要求對信號進行整周期采樣；(3)可跟蹤時變和暫態(tài)信號。小波變換在時域和頻域同時具有良好的局部性，而且由于高頻段采用逐漸精細的時頻步長，可以聚焦到分析對象的信息細節(jié)，因此小波變換對信號點非常敏感，可以用來對非平穩(wěn)的暫態(tài)信號的諧波進行跟蹤檢測，準確的定位暫態(tài)與時變信號，這也是目前小波變換在電力諧波檢測方面最成功的應用。

小波變換首先由法國地球物理學家Mallat于20世紀80年代初在分析地球物理信號時提出。1987 年 Mallat 巧妙地將計算機視覺領域的多分辨分析的思想引入到小波函數的構造及信號的小波分解與重構，得到了離散小波變換的快速算法——Mallat 算法。它的出現促使小波變換走向工程應用。而小波理論引入電力系統(tǒng)的研究最早是在 1993 年。1994 年，Ribeiro PF 首先提出小波變換是分析電力系統(tǒng)非平穩(wěn)諧波畸變的新工具。

小波變換具有多分辨率分析的特點，而且在時頻兩域都具有表征信號局部特征的能力，是一種窗口大小可改變，時間窗和頻率窗都可以改變的時頻局部化分析方法。即在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時間分辨率，在高頻部分具有較高的時間分辨率和較低的頻率分辨率，既適合于平穩(wěn)信號，也適合于分析非平穩(wěn)信號。利用離散小波變換可以將信號分解到各個尺度（頻帶）上。

有源電力濾波器的發(fā)展史：

有源電力濾波器(Active Power Filter，縮寫為APF)也是一種電力電子裝置，它是一種動態(tài)抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，它能對頻率和大小都變化的諧波和無功進行補償，可以彌補無源濾波器的缺點，獲得比無源濾波器更好的補償特性，是一種理想的補償諧波裝置。

有源電力濾波器的發(fā)展最早可以追溯到上世紀60年代末。1969年

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B.M.Bird和J.F.Marsh發(fā)表的論文中，描述了通過向交流電網注入三次諧波電流和減少電源電流中的諧波成分，從而改善電源電流波形的新方法。該文中雖未出現有源電力濾波器一詞，但其描述的方法是有源電力濾波器基本思想的萌芽。

1971年，H.Sasaki和T.Machida發(fā)表的論文中，首次完整地描述了有源電力濾波器的基本原理，但由于當時是采用線性放大的方法產生補償電流，其損耗大，成本高，因而僅在實驗室中研究，未能在工業(yè)中應用。

1976年，L.Gyu等人提出了采用PWM控制變流器構成的有源電力濾波器，確立了有源電力濾波器(”F)的概念，確立了有源電力濾波器主電路的基本拓撲結構和控制方法。從原理上看，PWM變流器是一種理想的補償電流發(fā)生電路，但是由于當時電力電子的發(fā)展水平還不高，全控型器件功率少，頻率低，因而有源電力濾波器僅限于實驗研究。

進入80年代，隨著電力電子技術以及PWM控制技術的發(fā)展，對有源電力濾波器的研究逐漸活躍起來，是電力電子技術領域的研究熱點之一。這一時期的一個重大突破是1983年赤木泰文等人提出了三相電路瞬時無功功率理論，以該理論為基礎的諧波和無功電流檢測方法在有源電力濾波器中得到了成功的應用，極大地促進了有源電力濾波器的發(fā)展。目前，三相電路瞬時無功功率理論被認為是有源電力濾波器的主要理論基礎之一。