工厂供电系统仿真和谐波分析---三相半桥仿真和谐波分析文献综述

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1、文献综述工厂供电系统仿真和谐波分析---三相半桥仿真和谐波分析1、前言随着微电子、电力电子、抗干扰等技术的迅速发展，电力系统及其设备日益朝着高电压、大容量、系统化和自动化的方向发展，系统的组成和结构越来越复杂，单个设备的重要性不言而喻。电力系统运行的基本要求中最重要的就是要其保证安全可靠地持续供电。而在实际的电网中，由于大量电力电子元件（大都是非线性的）的投入使用，使得电压和电流已不再是固定频率和幅值，而是含有一定的谐波波形。谐波问题严重影响着电力系统安全、稳定、经济运行。因此电力系统的谐波分析具有十分重要意义。国际上公认的谐波含义是：“谐波是一个周期电

2、气量的正弦波的分量，其频率为基波频率为基波频率的整数倍。”从定义中可以看到：（1）谐波次数必须是个正整数。例如我国电力系统的额定频率是50Hz，则n次谐波的频率为n×50Hz，有些国家电力系统的额定频率为60Hz，则其基波频率为60Hz，n次谐波的频率为n×60Hz。谐波次数不能为非整数，因此也不能有非整数次谐波。（2）间谐波、次谐波和分数谐波不属于以上定义的谐波范围。按照IEC（InternationalElectrotechnicalCommission）有关文件中定义的间谐波（inter-harmonics）是指频率不是基波频率的整数倍的谐波分量；

3、次谐波（subharmonics)为频率低于基波频率的间谐波；分数次谐波（fractional-harmonics）则是指频率不是基波频率整数倍的分量。因此本文不予讨论。本次设计使用Matlab软件。Matlab是现阶段对谐波分析研究和仿真最有效的软件，通过Matlab对工厂供电系统的仿真，并与国家标准比较，提出改进方案。2、主题（一）电力系统谐波的发展状况早在19世纪末，人们就发现了电压、电流的波形畸变问题，并研究如何才能使畸变限制在可接受的范围内。在此，法国科学家傅里叶为谐波计算奠定了良好的基础。而电力系统谐波问题的研究大约起源于20世纪五六十年代，

4、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。我国对谐波问题的研究起步较晚，吴竞昌、夏道止、张直平等人分别对我国的电力系统谐波问题进行研究并著写了一些著作。我国国家技术监督局于1993年颁布了国家标准GB／T14549－93《电能质量公用

5、电网谐波》，标准给出了公用电网谐波电压、谐波电流的限制值。（二）谐波的产生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。当前,电力系统的谐波源主要有三大类：1)、铁磁饱和型:各种铁芯设备,如变压器、电抗器等,其铁磁饱和特性呈现非线性。2)、电子开关型:主要为各种交直流换流装置(整流器、逆变器)以及双向晶闸管可控开关设备等,在化工、冶金、矿山、电气铁道等大量工矿企业以及家用电器中广泛使用,并正在蓬勃发展;在系统内

6、部,如直流输电中的整流阀和逆变阀等。3)、电弧型:各种冶炼电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间,其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性,使电流不规则的波动。其非线性呈现电弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏安特性。现在为了竞争,对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。图1为三相六脉动整流装置原理接线图,此时交流侧电流的傅里叶级数展开式为：图1　三相整流装置原理接线图可见交流侧电流含有谐波,谐波次数为(6K±1)次,各次谐波含有率为1/n。（三）谐波的检测谐波的检测，首先需要对含有的成分有个精确的认识，还需要实时检测负载电流的谐波分量。现有的谐

7、波电流检测和分析方法主要基于以下几种原理:(1)带阻滤波法这是最简单的谐波电流检测法，基本原理是设计一个低阻滤波器,将基波分量滤除,从而获得总的谐波电流量。这种方法过于简单且精度不高。。一般实际操作中不予采取。(2)带通选频法和FFT变换法带通选频方法采用多个窄带滤波器,逐次选出各次谐波分量,基本原理如图2所示利用FFT变换来检测电力谐波是一种以数字信号处理为基础的测量方法,其基本过程是对待测信号(电压或电流)进行采样,经A/D转换,再用计算机进行傅里叶变换,得到各次谐波的幅值和相位系数。这两种方法都可以检测到各次谐波的含量,但以模拟滤波器为基础的带通选

8、频法装置,结构复杂,元件多,测量精度受元件参数、环境温度和湿度变化的影响大且没有