本文是一篇电力论文，电力系统的信息与控制系统由各种检测设备、通信设备、安全保护装置、自动控制装置以及监控自动化、调度自动化系统组成。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇电力论文，供大家参考。
1 绪论
1.1 课题背景及意义
对于用户负荷性质复杂多样的配电网，由于电气化铁道和冶金企业中包含有谐波含量大、且谐波含量随时间大幅波动的谐波源负荷，同时电动汽车充电桩、新能源发电并网逆变器以及各种家用电器的广泛分布都增大了电网谐波的复杂性与不确定性。当今电力系统中的谐波污染问题日益严重，由谐波导致的各类异常和事故也是源源不断，如用电设备的烧损、电容器组的不正常投切、继电保护装置的误动跳闸以及电能计量的不准确等，这些都会影响到电网运行的安全、稳定与经济性。因此研究电力系统中的谐波污染问题，对于电网的稳定运行和电力用户的生命财产安全有着不凡意义。其中，谐波污染溯源及其污染责任评估作为研究治理谐波问题的出发点和主要依据，已成为谐波研究中的一个重要方向。谐波参量的检测计算是研究谐波问题的基础部分，检测计算方法的优劣将直接影响谐波污染溯源及其污染责任评估的准确合理性。本文首先研究复杂电网谐波含量、含有率、总谐波畸变率以及谐波功率的检测计算方法，充分考虑谐波的即时大小及一段时间内谐波的变化特性和累积影响，解决目前谐波分析中重频域、轻时域的问题，为电网时变谐波的监测分析和污染评估提供理论基础。谐波污染溯源，有利于确定电网中的主要谐波污染源，尽早防止谐波引起的电网可靠性危害事件发生；有利于实时了解电网中的谐波分布状态，进而对主要谐波源追踪定位和划分谐波责任；有利于针对性的治理谐波，营造良好的供电环境。谐波污染责任的评估划分，有利于电网谐波的针对性治理，对于谐波污染源的有效管控以及调节供用电关系有着重要的意义。因此在电网谐波情况比较复杂时，选择采用一种合适的技术方法进行谐波污染源的准确定位，并在时频域内合理地量化区分各个谐波源的谐波污染责任是十分必要和紧迫的。现有的谐波测量装置大都具有使用便捷、灵活的优点，但其仅能测量基波功率和电能、谐波电压和谐波电流的大小，没有给出各次谐波功率的大小和方向，且无法确定电网主要谐波污染源及其特征。此外，现有的谐波测量装置没有数据联网上传功能，使得无法实现电网各类谐波事件的后台分析评价。因此通过开发一套具有网络通信功能的谐波监测分析系统，解决现有谐波测量装置的不足，并将其应用于实例电网，验证本文理论研究方法的正确有效性。
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1.2 国内外研究现状
关于复杂电网谐波时频分析与谐波溯源技术的研究，将从谐波检测计算方法、谐波污染溯源技术、谐波污染责任评估以及谐波监测分析系统四个方面分别阐述国内外研究进展。国内外关于谐波检测分析的方法主要有：基于滤波器技术、快速傅里叶变换法(FFT)、基于瞬时功率理论法、小波变换分析法以及各种新型算法等。早期关于谐波检测主要是基于滤波器技术，文献[1]通过设计高阶低通、高通和低阶带通滤波器，实现了对基波和谐波分量的分别检测计量，其检测原理结构如图 1-2 所示。该方法原理简单，但结构复杂，测量结果易受元件参数等的影响。
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2 谐波污染溯源及其污染责任评估
本文所研究的复杂配电网，并非指电网的网架结构复杂庞大，而是指电网内用户负荷性质的复杂多样。例如，电力电子装置、各类家用电器和电子化办公设备等非线性负荷大量接入电网，造成电网谐波状况愈加复杂。同时，用户谐波源与电网之间，以及各个谐波源负荷间均存在着相互的影响与作用。供电系统与用户负荷运行参数的变化，也会导致电网谐波的时变性。综上这些因素都会使得配电网的谐波状况异常复杂。电网谐波污染溯源及其污染责任评估方法的研究可为配电网安全、经济、可靠运行奠定良好的理论基础。本章首先从用户负荷与供电系统 PCC 处的电压、电流信号采样入手，研究谐波含量的检测计算方法，并在阐述谐波功率的定义及其应用的基础上，提出一种基于瞬时功率理论的谐波功率快速检测计算方法。在对复杂电网谐波等值电路模型和公共连接点处的谐波功率分析的基础之上，提出基于谐波功率方向与谐波能量累积效应的谐波污染溯源方法。并且基于谐波电能，提出谐波污染责任的时频域评估划分方法。最后，通过搭建普遍工况下典型应用系统的仿真模型，仿真验证谐波污染溯源及其污染责任评估划分方法的正确有效性。
2.1 谐波参量的检测计算
由于电力系统中的谐波一般具有分布性、时变性和影响因素复杂性等特征，因此在充分考虑谐波的上述特性下，研究复杂电网谐波的高精度测量计算方法。首先从用户负荷与供电系统 PCC 处的电压、电流信号采样入手，分析谐波含量的检测计算方法，然后在阐述非正弦交流系统中传统功率的定义和谐波功率的计算方法的基础上，提出一种基于瞬时功率理论的谐波功率快速检测计算方法。傅里叶变换是目前电力系统中测量分析谐波应用最为普遍的方法，其具有测量精度高、功能多且使用便捷等优点。本文拟将谐波检测与同步分析相结合，首先通过对用户与电网 PCC 点的电压电流进行实时同步采样，得到连续时间周期的谐波信号。然后采用基于离散傅里叶变换（DFT）的检测算法进行采样信号的频谱分析，得到各个频谱分量的正交傅里叶变换系数，进而即可计算得到各次谐波的幅值与相角。最后，可以计算获得各次谐波的含量、含有率和总谐波畸变率。
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2.2 谐波污染溯源
在复杂配电网中，分布式电源和各类分布式谐波源负荷同时存在，不再是只有个别容量比较大而集中的谐波源负荷，这将会影响到电网谐波源荷辨识以及谐波污染责任评估的准确性和可靠度。本节首先介绍复杂电网的网络特性，并建立其谐波等值电路模型，然后以用户负荷与供电系统的公共连接点（PCC）为界，指出三种典型谐波工况下穿越 PCC点的单次谐波功率方向与谐波源的对应关系，并提出基于谐波功率方向的谐波污染源辨识方法。
2.2.1 复杂电网概述及其谐波等值电路模型
本文所研究的复杂配电网，并非指电网的网架结构复杂庞大，而是指用户负荷性质的复杂多样。例如对由同一个变压器供电的同一电压等级配电网而言，往往包含有多种负荷类型的电力用户，如图 2-2 所示。其中，有些用户是典型的线性负荷，不会对电网造成谐波污染；有些用户是典型的谐波源负荷，会向电网产生一定的谐波电流；还有相当一部分用户是以线性负荷为主但含有一定谐波源的综合负荷；特别是某些用户装设的基于并联电容器的无功补偿装置可能会变为电网中谐波的滤波器。同时，用户谐波源与电网之间，以及各个谐波源负荷间均存在着相互的影响与作用。系统与用户负荷运行参数的变化，也会导致电网谐波的时变性。综上这些因素都会使得配电网的谐波状况异常复杂。
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3 谐波监测系统的设计与开发.........25
3.1 系统总体组成方案....25
3.2 谐波监测终端的设计与开发..........26
3.2.1 谐波监测终端的设计依据..............26
3.2.2 谐波监测终端的原理结构..............26
3.2.3 谐波监测终端的硬件设计..............27
3.2.4 谐波监测终端的软件设计..............30
3.3 数据中心谐波监管软件的开发......34
3.3.1 软件功能需求............34
3.3.2 软件开发方案............34
3.3.3 软件操作与界面........38
3.4 本章小结.........42
4 实验测试与实际应用.......... 43
4.1 谐波监测系统性能测试........43
4.2 模拟谐波源荷系统实验........47
4.2.1 实验方案.........47
4.2.2 实验过程与结果........47
4.3 实际应用.........50
4.3.1 应用系统.........51
4.3.2 监测结果与分析........51
4.4 本章小结.........54
5 总结与展望.... 55
5.1 总结......55
5.2 展望......56
4 实验测试与实际应用
为了验证谐波检测计算方法与谐波源荷判别方法的正确合理性，将上述理论研究应用于所研制的谐波监测系统中，并分别在实验室和实际电网中对其开展了测试应用，进而对实验监测结果进行了分析说明。
4.1 谐波监测系统性能测试#p#分页标题#e#
在谐波监测系统设计开发完成后，利用实验室已有的谐波源设备对其各项性能指标进行了实验测试，测试监测终端的各类谐波参数的检测计算精度是否满足设计指标中的要求，进而验证第二章中谐波参量检测计算方法的高效性。本实验利用标准谐波电压电流源测试设备对谐波监测系统的基本技术性能和功能进行了全面的测试。将系统测量结果与实验设定值进行整理对比，测试谐波监测终端 19 次以内谐波电压电流含有率、总谐波畸变率（THD）和谐波功率的测量精度，进而根据设计指标要求对测试结果进行分析评价。测试所用的标准谐波电压电流源设备是许继电测设备有限公司出品的 IRT7B 多功能继电保护测试仪，该设备是一个电压、电流和谐波的标准发生源，其输出电压电流信号波形中的谐波可编程任意设定，测试现场台面如图 4-1 所示。
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总结
随着配电网中用户负荷越来越复杂多样，使得电力系统中的谐波污染日渐严重。谐波对电网运行和工业生产均存在着不同程度的影响，为了进一步认识和评估这种影响，需要对电力系统中的谐波污染问题进行研究。于是，本文以复杂电网谐波时频分析与谐波溯源技术为题，从理论分析、设备研制和实测应用等几个方面开展了研究工作。下面对本文所做的具体工作及所得结论进行详细说明。
（1）从用户与电网公共连接点处的电压、电流信号取样入手，研究了配电网中谐波含量的检测计算方法，给出了谐波电压电流幅值、相位、含有率及总谐波畸变率的计算公式；在分析交流电力系统中谐波功率的定义及应用的基础上，研究了配电网中谐波功率的检测计算方法，提出一种基于瞬时功率理论的谐波功率快速检测计算方法。
（2）在介绍复杂电网并建立其谐波等值电路模型的基础上，通过对配电网典型工况下 PCC 点的穿越功率的分析，提出了根据 PCC 点谐波功率的方向进行谐波污染溯源的方法。得出了单次谐波功率的正负，反映了此时电网中的本次谐波污染源是供电系统或用户负荷的结论。在时频域上对配电网谐波源荷界定及其污染责任的评估划分方法进行了分析说明，指出单次谐波净能量的正负反映了统计时段内电网中的本次谐波污染源是供电系统或用户负荷；总谐波净能量的正负反映了统计时段内电网中的总体谐波污染源是供电系统或用户负荷；并且谐波能量越大，表明相应的谐波污染程度越严重。最后，在 PSIM 中搭建典型应用系统的仿真模型，仿真结果表明了本文所提出的谐波污染源辨识及其污染责任评估划分方法的正确有效性。
（3）关于谐波监测系统的设计与开发，主要由系统总体方案设计、谐波监测终端的开发研制和数据中心谐波监管软件开发等几部分工作组成。首先对谐波监测系统的功能结构及各主要组成部分进行了详细的说明。然后按照监测系统的总体设计方案和原理，设计研制了基于 DSP 的谐波监测终端的硬件装置和相应的 DSP 应用程序。最后，基于 C++语言和 EXCEL 数据库开发了远程数据中心的谐波监管软件。基于 GPRS+Internet 网络，谐波监管软件可以实现监测所得谐波数据的无线传输和存储，数据的查看分析不受时间和地域的限制，使用较为灵活方便。
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参考文献（略）
