谐波和无功电流检测的仿真研究摘要随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，电力电子产品广泛地应用于工业控制领域，然而这些电力电子产品装置使得电力系统中的谐波污染日趋严重。

我们都知道电力系统中许多电气元件都产生不同程度的谐波，各种整流设备尤为严重，它带来的危害也不可忽视，由此研究谐波和无功电流是十分必要的。

本文首先介绍了谐波的基本概念、谐波的产生及其危害、电网对谐波电压和谐波电流的限值，阐述了谐波问题研究的必要性，国内外研究的状况及本文研究i i 检测方的内容。

基于顺势无功理论谐波检测方法，得到了p、q检测方法和p q法，并利用MATLAB/SIMULINK软件进行了仿真研究。

关键词：电力系统，谐波，瞬时无功理论，MATLAB仿真Harmonic and reactive current testing and simulationABSTRACTFollowing the development of the national economy and the living standard of people, the electric powers electronics product is broadly applied to the control realm in the industry. These electric powers electronics equips to make a harmonic pollution problem within the electric power system is serious gradually. As we know, a lot of electric components produce various degrees of harmonies in the power system, it is particularly serious to do it such as various kinds of rectification equipment and inverters and converters，And it cannot ignore the harm of harmonic, therefore researching harmonic and reactive current is very necessary.The paper introduces the concept of harmonics, its harm to power grid and limitation of harmonics voltage and current harmonics, and it also demonstrates the necessity of eliminate harmonics, and briefly introduces several methods to eliminate harmonics and research of both here and abroad. The paper analyzes the principles of the harmonic. Then the paper detailed introduces the theory of the way of harmonic currents of a single-phase and the way of harmonic currents of a there-phase and instantaneous reactive power. In the end the paper simulates harmonics detection methods by MATLAB/SIMULINK.KEY WORDS: Power systems，harmonic，Instantaneous reactive power，MATLAB simulation，Harmonic current detection目录前言 (1)第1章谐波理论基础 (5)1.1谐波的定义 (5)1.2 线性负载和非线性负载 (7)1.2.1 线性负载 (7)1.2.1 非线性负载 (7)1.3 谐波的产生 (7)1.4 谐波的危害与影响 (8)1.5 谐波的危害与影响 (9)1.5.1 奇次谐波 (9)1.5.2 偶次谐波 (10)1.6 谐波的参数 (10)1.6.1 谐波电流 (10)1.6.2 谐波电压 (10)1.7 与谐波有关的参数定义 (10)1.7.1 阻抗 (10)1.7.2 阻抗系数 (10)1.7.3 谐振 (10)1.7.4 谐振频率 (11)1.7.5 无功功率 (11)1.7.6 无功功率补偿 (11)1.8 本章小结 (11)第2章谐波检测方法分析 (12)2.1 前言 (12)2.2 频域理论 (12)2.3 时域理论 (13)2.3.1 快速傅里叶变换法 (13)2.3.2 基于瞬时无功功率的检测方法 (13)2.3.3 基于瞬时无功功率的i i 检测方法 (15)p q2.4 本章小结 (16)第3章谐波检测MATLAB仿真电路模型设计 (18)3.1 电路设计模型 (18)3.2 本章小结 (19)第4章仿真分析 (20)4.1 仿真软件介绍 (20)4.2 仿真结果分析 (20)4.2 本章小结 (23)结论 (24)谢辞................................................................... 错误!未定义书签。

参考文献 (25)外文资料翻译 (26)前言电能作为现在社会中使用最广泛的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平的重要标志之一。

今年来，随着我国电力事业的迅猛发展，电力系统的规模日益扩大，电能紧缺的问题已逐步解决，但以此同时，用户对提高电能质量的呼声也越来越高。

电能质量一般是指电压或电流的幅值、频率、波形等参量符合规定值的偏差。

90年代以前电力系统中许多机电设备都能在上述参量相对较大的范围内正常地工作，但是在90年代后期信息技术的飞速发展，基于计算机、微处理器控制的用电设备和电力电子设备在工业生产中大量投入使用，他们对干扰比机电设备更加敏感，一次对供电质量的要求也更高。

一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障停运，重则造成整个系统的损坏，于此带来的损失时难以估量的。

从环境的角度来看，电力系统也是一种“环境”，同样存在着污染的问题，电网中存在的谐波电流和谐波电压就是对电网环境的一种严重污染。

在电力系统中大功率换流设备和调压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造成了很大的危害使供电系统中的元件损耗增大、降低用电设备的使用寿命、干扰通讯系统等。

严重时甚至还能是设备损坏，自动控制失灵，继电保护误动作，对电感和电容构成的串联或并联电路还有可能产生串联谐振或并联谐振，其形成的谐振过电压或过电流将大大增加，给电容器、系统及用户造成严重危害。

谐波对电力系统的影响同自然环境污染一样，已成为一种公害。

为了保证供电质量、提高系统运行的安全性和经济性，电网谐波抑制问题已成为当前电力系统中迫切需要解决的课题，因袭研究谐波和无功电流是十分必要的。

(一)课题研究的目的和意义电力形势现在人类社会生产与生活不可缺少的一种主要能源形式。

随着电力电子装置的应用日益广泛，电能得到了更加充分的利用。

点电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大地影响。

谐波被认为是电网的一大公害，对电力系统谐波问题的研究已被人们逐渐重视。

谐波问题涉及面很广，包括对畸变波形的分析方法、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿和抑制、谐波限制标准以及谐波测量机在谐波情况下对各种电气量的检测方法等。

为了避免这些谐波的不良影响，有必要对其研究。

谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的关注，当时在德国使用静止汞弧变流器而造成电压和电流波形畸变。

20世纪70年代以来，电力电子技术的飞速发展，使谐波问题日益突出，已成为阻碍电力电子技术发展的一大障碍。

目前消除谐波污染，已成为电力系统，尤其是电力电子技术中的一个重大课题。

谐波研究及其抑制技术已日益成为人们关注的问题。

(二)国外研究状况国际上对电力谐波问题的研究大约起源五六十年代，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。

70年代后期，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，谐波问题日益严重，从而引起各国的高度重视。

近十几年间电力谐波的研究，已经越过了电力系统的范畴，渗透到了电工理论、电网络理论、电力电子学、数字信号处理、计算技术、系统仿真、控制理论与控制技术等其它学术领域，并且形成了自己特有的理论体系、分析研究方法、控制与治理技术、监测方法与技术、限制标准与管理制度等。

目前，谐波研究仍然是一个非常活跃的领域。

发达国家的经验和预测表明，随着科学技术的发展，非线性负荷用电设备的种类、数量和用电量迅猛增加。

针对谐波的大量出现，目前国外已经研制成功各种谐波测量分析仪，如德国产的NOWA-I谐波分析仪、美国产F40/41手持式谐波分析仪和英国产PA系列高精度电力谐波分析仪等。

抑制谐波也已从治理谐波源本身入手，使其不产生谐波，且功率因数为1，单位功率艺术变流器就是可以实现这种功能的电力电子装置。

但由于谐波源的多样性，在电网中一般还是加装滤波器的方法来抑制高次谐波，这些装置一般可分磊为无源滤波器和有源滤波器两种。

（1）无源滤波装置。

传统无源滤波通过使用RLC无源元件的串并联方式构成无源的单调谐、高通或低通等滤波器，已达到滤除谐波的目的，而且这种谐波抑制装置还可以起无功补偿和电压调整的作用。

由于它成本低、技术成熟、结构简单、容易实现等优点，所以它仍然是目前广泛使用的谐波移植技术。

（2）有源滤波装置。

随着20世纪60年代以来新型电力半导体器件的出现，脉宽调制技术的发展，以及基于顺势无功功率理论地提出，针对无源滤波器的缺陷在1969年Bird和Marsh等人提出了向电网中注入三次谐波电流以减少电源系统中电流的谐波成分，这是APE思想的萌芽。

之后，在1976年Gyugyi L等人提出了用大功率晶体管PWM变换器构成的有源滤波器，冰正式提出了有源滤波波的概念。

20世纪80年代由于大功率全控型功率器件的成熟，PWM技术的进步，以及基于顺势无功功率理论的谐波电流实时监测方法的提出，使APE得以迅猛的发展，APE通过向电网诸如谐波及无功或改变电网的综合阻抗频率特性，以改善波形，除了具有相应速度快，具有很好的动态实时补偿功能等优点外，还具有可进行无功补偿，抑制电压闪变等多种功能。