基于MATLAB的电力谐波分析.doc
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**师范学院2012届本科毕业论文
目录
摘要 2
Abstract 2
1：
绪论 3
1.1课题背景 3
1.2谐波的产生 4
1.3电网中谐波的危害 6
1.4研究谐波的重要性 6
2：
谐波的限制标准和常用措施 8
2.1国外谐波的标准和规定 9
2.1.1谐波电压标准 9
2.1.2谐波电流的限制 10
2.2我国谐波的标准和规定 10
2.2.1谐波电压标准 11
2.2.2谐波电流的限制 12
2.3谐波的限制措施 13
3：
谐波的检测与分析 16
3.1电力系统谐波检测的基本要求 16
3.2国内外电力谐波检测与分析方法研究现状 16
3.3谐波的分析 19
3.3.1电力系统电压（或电流）的傅立叶分析 19
3.3.2基于连续信号傅立叶级数的谐波分析 20
4：
电力谐波基于FFT的访真 22
4.1快速傅立叶变换的简要和计算方法 22
4.1.1快速傅立叶变换的简要 22
4.1.2快速傅立叶变换的计算方法 22
4.2FFT应用举例 23
5：
结论 29
附录：
29
参考文献：
31
致谢：
31
基于MATLAB的电力谐波分析
学生：
指导老师：
电气信息工程学院
摘要：
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代就引起人们的注意，到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关换流器引起电力系统谐波问题的大量论文。
70年代以来，由于电力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，谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分的关注。
本文首先对目前国内外电力谐波检测与分析方法进行了综述与展望，并对电力谐波的基本概念、性质和特征参数进行了详细的分析，给出了谐波抑制的措施。
并得出基于连续信号傅立叶级数的各次谐波系数的计算公式，推导了该计算公式与MATLAB函数FFT计算出的谐波系数的关系。
实例证明：
准确测量各次谐波参数，对电力系统谐波分析和抑制具有很大意义，可确保系统安全、可靠、经济地运行。
同时实验结果表明，该法对设备要求不高，易于实现。
关键字：
MATLAB电力谐波分析
HarmonicAnalysisofElectricPowerSystemBasedOnMatlab
Student:
Teacher:
ElectricalandInformationEngineering
Abstract:
Theharmonicproblemofelectricpowersystemhascausedtheattentionofpeoplein1920sand1930s.Until1950s,owingtothedevelopmentofhighvoltagedirectcurrenttransportationelectricitytechnology,peoplepublishedalargenumberofthesesabouttheelectricitypowersystemharmonicproblem,whichcausedbythecurrenttransformdevice.Since1970s,becauseofthespeedlydevelopmentofeletricitypowerelectronicstechnology,thevariouselectricpowerelectronicsdeviceswereappliedextensivelyintheelectricpowersystem,industry,trafficandfamily,buttheharmwhichtheharmoniccreateswasseriousmoreandmore.Manycountryoftheworldallpayattentiontotheharmonicproblem.
SummaryandProspectsofthefirstdomesticandinternationalpowerharmonicsdetectionandanalysismethods,andpowerharmonicsofthebasicconceptsofthenatureandcharacteristicparametersofadetailedanalysis,givenaharmonicsuppressionmeasures.ObtainedbasedontheFourierseriesofcontinuoussignalharmoniccoefficientformula,thederivationoftheformulaandMATLABfunctions,FFTcalculatedharmoniccoefficient.Instancetoprove:
theaccuratemeasurementoftheharmonicparameters,andinhibitionofgreatsignificancetoensuresystemsecurity,reliableandeconomicoperationofpowersystemharmonicanalysis.Experimentalresultsshowthatthedevicesdonotask,easytoimplement.
Keywords:
MATLABPowerHarmonicAnalysis
1：
绪论
1.1课题背景
一般而言,理想的电力系统是以单一而固定的频率以及规定的固定幅值的电压水平供电的。
然而，电网通常不能满足以上要求提供电能。
实际中，由于电力电子技术的广泛应用，工业生产中的大功率换流设备、电子电压调整设备、电弧炉、非线性负载等将不可避免地产生非正弦波形，向电力系统注入了大量谐波电流，导致电压、电流波形发生了严重畸变。
电力系统谐波是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。
谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。
我国电力系统的额定频率为50Hz，则基波频率为50Hz，2次谐波频率为100Hz，3次谐波频率为150Hz等。
在一定供电条件下，有些用电设备也会出现非整数倍谐波，称为间谐波或分数谐波。
谐波实际上就是一和干扰量。
现在，由谐波引起的正弦电压和电流的波形畸变已成为危害电能质量的主要原因之一。
谐波电流和谐波电压的出现，恶化了供电系统所处的环境，无疑是公用电网的一种污染。
并且近年来，由谐波引起的各种故障和事故不断发生，其严重性已引起了人们的高度重视，它对电力系统的危害主要体现在以下几个方面：
（1）谐波会增加输、供和用电设备的额外附加损耗，损害其绝缘性能，降
低寿命和可靠性；
（2）谐波可导致继电保护和自动装置的误动作，影响电力系统正常运行；
（3）由谐波引起的谐振，会提升谐波的幅值，造成电容器和其它设备因大
电流损坏；
（4）电力谐波会对电视接收机、计算机图形画面产生波动，严重时损害机
器；
（5）由于高次谐波的存在，通迅线路将出现噪音和危险的感应电动势；
综上所述，可以看出不论从保证电力系统和供电系统的安全经济运行或是保证设备和人身的安全来看，对谐波污染造成的危害影响加以监测和限制都是迫切需要的。
1.2谐波的产生
首先，谐波带来的严重影响已经危及到用电设备、变电站设备和电力系统载波通迅。
如何能够把谐波的危害最大限度地减少，是目前电力电子领域极为关注的问题，而解决这一问题的关键在于快速准确定量地确定谐波的成分、幅值和相位等。
这也正是我们进行谐波分析的目的所在。
其次，由于现代工业、商业及居民用户的用电设备对供电质量提出的要求越来越高，因此，谐波抑制及补偿装置的研制已势在必行。
这些装置到底需要补偿多大的谐波，需要进行怎样的补偿装置，以及需要达到怎样的补偿效果都是以谐波分析得到的结果为依据的。
最后，谐波研究的意义更可上升到从治理环境污染，维护绿色环境角度来认识，对于电力系统这个环境来说，无谐波是“绿色”的主要标志之一。
一些文献中所指的纯净或无污染的电能就是指那些无谐波的电能，但这些无污染的波形仅在实验室条件下存在，而谐波会在其它场合存在较长的一段时间并且会继续存在下去。
目前，对地球的环境保护已成为全人类的共识，对电力系统谐波污染的治理已成为电工技术科学所亟待解决的问题。
在理想情况下，供电电压、电流波形应是正弦波，但由于电力系统中存在大量非特性的供用电设备，使得实际波形偏离正弦波，这一非正弦波可用傅立叶级数分解成为一个直流量、基波正弦量和一系列频率为基波频率整数倍的正弦分量之和，这部分频率大于基频的分量被称作谐波。
谐波实际上是一种干扰量，是衡量供电质量的主要指标之一。
近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，随着电力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，谐波所造成的危害也日趋严重。
1.谐波的主要来源
在电力电子装置大量应用之前，最主要的谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机，但在电力电子大量应用之后，电力电子成为了最主要谐波源。
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，电流波形因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，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。
电力系统中的主要谐波源可分为两大类；
（1）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；
（2）含电弧和铁磁等非线性设备的谐波波源，如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备。
2．谐波的产生原因
谐波存在于电力系统发、输、配、供、用的各个环节，谐波产生的根本原因是由于电网中某些设备和负荷的非线性特性。
其主要来自于三个方面：
（1）铁磁饱和型：
各种铁心设备，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；在系统内部，如直流输电中的整流阀和逆变阀等。
其非线性呈现交流波形的开关切合和换向特性。
（3）电弧型：
各种炼钢电弧炉在高温熔化期间以及交流电弧焊机在高温焊接期间，其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性，导致电流不规则地波动。
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。
对于电力系统三相供电来说，有三相平衡和三相不平衡的非线性特性。
后者，如电气铁道、电弧炉以及由低压供电的单相家用电器等，其中电气铁道是当前中压供电系统中典型的三相不平衡谐波源。
3.用电设备产生的谐波。
如前所述，系统中存在的大量非线性特性用电设备是谐波产生的主要原因，这类设备主要有两类：
一类是装有功率电子元件的电气设备，如：
硅整流或可控硅整流、逆变、变频装置、调压装置。
如淮南地区一座35KV用户变电所，该企业使用直流电机，通过可控硅整流设备整流后，产生了高次谐波，通过测量，发现以5次谐波为主。
另一类是具有非线性阻抗特性的电气设备，如：
感应炉、电弧炉、气体放电灯，电抗器、变压器以及家用电器。
1.3电网中谐波的危害
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。
谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，
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