基于MatlabSimulink的电力谐波仿真分析.docx
《基于MatlabSimulink的电力谐波仿真分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MatlabSimulink的电力谐波仿真分析.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《电能质量分析与控制》仿真报告
作业1
组员：
电研215郑新裕2202100207
电研215徐婷婷2202100172
电研216卞国良2202100215
电研215董硕2202100177
指导老师：
王建元
2022年5月
基于Matlab/Simulink的电力谐波仿真分析
一、仿真题目及其要求
图1仿真题目
（1）Matlab仿真
a）编写程序计算i2有效值。
b）计算i2直流分量，2次，3次，…，15次谐波。
c）计算HRI2，HRI3，…，HRI15。
d）计算THDi2。
（i2电流总谐波的畸变率）
（2）说明
a）不允许调用MATLABFFT函数。
b）编程计算结果与MATLABpowergui结果对比分析。
c）i2每周期采样32点。
二、分析
1、研究背景与意义
谐波来源：
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少；输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波；用电设备易产生谐波主要包括：
晶闸管整流设备；变频装置；电弧炉、电石炉；气体放电类光电源；家用电器等；影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备，也就是非线性用电设备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类：
电弧加热设备；交流整流的直流用电设备；交流整流再逆变用电设备；开关电源设备。
谐波的危害：
电网的谐波对互感器引起谐振和谐波电流的放大，从而互感器因为谐振或过电压而损坏；电网的谐波对于交流电机用电设备影响更大，其谐波分量会导致转矩脉动、转矩波动、附加损耗并导致发热；电网的谐波产生电磁干扰会对电网的控制系统通信信号产生噪声，影响信息的传输，进而影响整个电网的稳定性；电网的谐波还可能引起震动乃至谐振。
2、研究方法
根据傅立叶分析的理论，任何周期信号可以视为一系列不同频率、幅值和相位的正弦信号的叠加，包括和原始信号同周期的信号（基波）和更高频率的正弦信号（谐波）。
非正弦周期电流、电压信号等都可以用周期函数表示，即
ft=ft+nT
式中T为周期函数ft的周期，n为自然数0,1,2，…。
如果给定的周期函数ft满足狄利赫里条件：
（1）周期函数的极值点的数目为有限个;
（2）间断点的数目为有限个;
（3）在一个周期内绝对可积，即有0Tftdt<∞（有界）
它就能展开成一个收敛的傅里叶级数。
连续傅里叶变换公式为：
ft=a02+n=2∞ancosnωt+bnsinnωt
（1）
an=2T0Tftcosnωtdt
（2）
bn=2T0Tftsinnωtdt（3）
本作业采用离散傅里叶变换（DFT）来进行计算，公式如下：
Xk=i=0N-1Xie-j2πikN（4）
Xk=i=0N-1Xie-j2πikN（5）
Xk=i=0N-1Xicos2πkiN-ji=0N-1Xisin2πkiN（6）
ak=2Ni=0N-1Xicos2πkiN（7）
bk=2Ni=0N-1Xisin2πkiN（8）
Ck=ak2+bk2（9）
电流有效值：
I=I12+I22+…+IN2N（10）
n次谐波电流含有率：
HRIn=InI1×100%（11）
电流谐波总畸变率：
THDi=I22+I32+...I1×100%（12）
三、仿真结果
1.仿真电路如下：
图2仿真电路
2.i2波形图
图3i2波形
3.仿真程序
xn=i2.signals.values（1440:
1471）;%取0.9s时32个电流采样点
Cn=zeros（1,32）;%1行32列矩阵
fork=1:
32
an=0
bn=0;
fori=1:
32
a（i）=1/16*xn（i）*cos（2*pi*（i-1）*（k-1）/32）
b（i）=1/16*xn（i）*sin（2*pi*（i-1）*（k-1）/32）%离散型傅里叶公式
an=an+a（i）
bn=bn+b（i）
end
Cn（k）=sqrt（an^2+bn^2）;
end
n=[0:
1:
31];
m=[0:
1:
15];
figure
（2）;
subplot（211）;
stem（n,xn）;%stem：
绘制离散序列数据
title（'Xn原信号'）;
subplot（212）;
stem（m,Cn（1:
1:
16））;
title（'n次谐波值'）
HRI=zeros（1,32）;
forj=1:
32
a=Cn（j）/Cn
（2）*100;%求谐波含有率
HRI（j）=a
end
figure（3）
stem（m,HRI（1:
1:
16））;
title（'HRI'）
forn=1:
32
data（n）=xn（n）^2
end
YOU=sqrt（sum（data）/32）%电流有效值
forr=1:
16
I1（r）=Cn（r）^2
end
e=sum（I1）-Cn
（2）^2
THD=100*（sqrt（e）/Cn
（2））%求总谐波畸变率
四、仿真结果
1）i2有效值为37.94A。
图4i2有效值
2）i2直流分量、2次，……,15次谐波分别为：
表1直流分量及各次谐波值
DC
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
I2/（A）
0
0
16.12
0
9.16
0
5.97
0
4.02
0
2.62
0
1.48
0
0.48
图5n次谐波值
3）HRI2、HRI3、....、HRI15分别为：
表2各次谐波含有率
谐波含有率
数值
HRI2
0%
HRI3
32.41%
HRI4
0%
HRI5
18.40%
HRI6
0%
HRI7
11.99%
HRI8
0%
HRI9
8.08%
HRI10
0%
HRI11
5.26%
HRI12
0
HRI13
2.98%
HRI14
0
HRI15
0.97%
图6n次谐波电流含有率
4）THDI2=40.45%
图7电流i2谐波总畸变率
五、结果对比分析
图8powergui结果1
图9powergui结果2
表3仿真结果与编程结果对比
仿真结果
编程结果
DC
0
0
HRI1
100%
100%
HRI2
0%
0%
HRI3
32.41%
32.41%
HRI4
HRI5
0%
18.41%
0%
18.41%
HRI6
0%
0%
HRI7
11.99%
11.99%
HRI8
0%
0%
HRI9
8.08%
8.08%
HRI10
0%
0%
HRI11
5.26%
5.26%
HRI12
0
0
HRI13
2.98%
2.98%
HRI14
0
0
HRI15
0.97%
0.97%
THD
40.45%
40.45%
对比编程计算出结果与仿真FFT的结果，FFT分析的结果与编程计算结果没有差距，谐波只有奇次谐波，没有偶次谐波。
升级会员 