摘 要

随着环境的日益恶化和能源的枯竭，在经济快速发展，科技不断进步的情况下，人们对环境保护愈来愈重视，也越来越重视能源的使用。全世界的科技界全部都比较关注新能源和环境两个方面。可是电力系统是与我们生活息息相关的大系统。如何符合当今世界的主题来达到最佳的目标，根据负载的需求来进行有意义的能量转换，这已经成为了目前电力系统的关注的焦点，采用相应电力电子的技术，并且高效使用电能已经备受世人的重视。但是这样会产生谐波影响将会对我们社会影响巨大。本文将对非线性负载基波功率和谐波功率转换进行研究，利用傅里叶变换和小波变换理论进行谐波功率计算并进行了仿真及其对结果分析。本文最后我们同时对与水泥厂篦冷机的变频器，并对其谐波功率治理，分析和了解谐波治理装置的作用。

关键词：谐波功率；基波功率；电力系统

Abstract

With the deteriorating environment and the depletion of energy, people are paying more and more attention to environmental protection in the face of rapid economic development and continuous advancement in science and technology. All the world's scientific and technological circles are more concerned about new energy and the environment. However, the power system is a large system of energy products. How to meet the goals of today's world to achieve the best goal and perform meaningful energy conversion according to the requirements of the load has become the focus of the current power system, adopting the technology of the corresponding power electronics, and the efficient use of electric energy has been prepared By the world's attention. But this will have a harmonic effect will have a huge impact on our society. This article will study the nonlinear fundamental wave power and harmonic power conversion, use the Fourier transform and wavelet transform theory to calculate the harmonic power and carry out the simulation and analysis of the results. At the same time, the harmonic power of the grate cooler at the cement plant was governed and the impact of the results was analyzed.

Key Words：Harmonic power; fundamental power; power system

目 录

第一章 绪论..................................................................................................................1

1.1课题研究背景及意义 1

1.1.1课题研究背景 1

1.1.2课题研究的意义 2

1.2国内外研究现状 3

1.2.1国内外研究背景 3

1.2.1.1设备改进法 3

1.2.1.2数学计算法 4

1.2.1.3智能电网法 5

1.2.2 目前研究所存在的问题 5

1.2.3课题存在的关键和难点 6

1.3 本文主要研究工作 6

1.4章节安排 6

第二章 非线性负载基波功率和谐波功率关系 7

2.1谐波的产生 7

2.2负载功率特性 7

2.2.1 非线性负载和线性负载的特性 7

2.2.1.1线性负载功率计算方法 8

2.2.1.2非线性负载功率计算方法 8

2.3线性负载和非线性负载功率研究 9

第三章 非线性负载谐波功率测量方法 12

3.1小波变换原理 12

3.1.1非正玹周期函数分解为傅里叶级数 12

3.1.2傅里叶变换 13

3.1.3小波分析法 14

3.2 谐波功率的测量 15

3.2.1 小波变换电力谐波测量 15

3.2.2电力谐波功率计算 17

3.2.2.1 电力谐波的参数计算 17

3.2.2.2谐波功率计算 18

第四章 谐波功率计算仿真及水泥厂篦冷机谐波治理 20

4.1matlab谐波仿真 20

4.1.1电路的仿真 20

4.1.2小波函数参数的选择 21

4.1.3谐波参数及算法仿真 21

4.1.3.1平稳信号的仿真 21

4.1.2.2非平稳信号的仿真 23

4.1.4误差分析 24

4.1.5仿真结果分析 24

4.2水泥产篦冷机谐波治理 25

4.2.1未进行谐波治理谐波含量 25

4.2.2投入谐波治理装置谐波含量 26

4.2.3谐波治理及其节电效果分析 26

第五章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 28

参考文献..........................................................................................................................................29

致谢............................................................................. ................................................ 32

附录...............................................................................................................................33

第1章 绪论

本章首先，就论文研究的背景和意义进行分析，包括谐波污染，谐波治理的背景以及研究电压稳定性问题的必要性和迫切性等；其次，分析谐波功率包括其危害等方面以及谐波功率计算的研究现状；最后，确定本文研究的内容与章节安排。

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

随着社会的不断发展，电力资源在我们的生活中变得越来越重要了。可以说电力资源已然成为我们人类生活当中不可缺少的一个物质因素。可是正因为在当今社会上面电力资源的广泛应用，它所产生的一些一些问题即危害对于我们也有巨大的挑战。由此可见对于电力系统的有效的控制已经成为了当今世界不可避免的要求。电力系统对于我们社会的有很大影响，这主要是谐波对于我们的影响。所以治理谐波危害是我们目前着重要解决的问题。电力系统的谐波在电能方面的危害，这些危害主要包括谐波对于电力设备的损害加深，目前电力谐波的危害主要体现在以下几个方面：

（1）谐波将会对各种电气设备的正常工作产生影响，这些影响包括会对电机产生过电流、过电压等问题。谐波会是电气设备变热，从而使电容器等的寿命变短。

（2）产生的大量大谐波会降低一些用电设备的工作效率，并且流过中线的过程中会变热并引发火灾。

（3）电网发生了并联谐振和串联谐振等问题也是有谐波引起的，这样会导致谐波的放大，从而会产生更为严重事故。

（4）谐波会影响电气的测量仪表，这主要包括数据丢失和数据不准确。

这些之中在对电能测量产生误差是电力谐波所产生影响的最严重的。大的方面这主要是因为谐波在表盘的流过之中产生了震动，产生振动之后谐波就阻止了表盘要发生的振动，正由于这些变化从而通过电压、电流的厂部压力进行从而通过了磁通的方式导致了功率计算的不精确即功率的增加或者减小。也可以从不同电表的方面来影响计量：

（1）对感应式电能表，感应式电能表主要有在于工频特点；哎设计的电能表，若设定频率与实测频率相差较大即受到了频率所带来的影响，导致磁通产生影响，将会发生电力系统之中的对应的的电流幅值、电压幅值、以及电流和电压相位角产生影响。这些都会对电能测量表产生影响，进而导致了电能表所计量的产生了一定的误差，当用户为谐波源的时候电能表产生的电能大于计量的电能，相反来说当用户为非谐波电能时候产生的电能小于测量电能。

（2）对电子电式电能表，当前我们国家大多数都是使用电子式电能表，这种电子式电能表是基于电能表来设计的电能表，利用脉冲数学和模数转换的方法来实现精确的计量电能，可是这种电能表的频率影响区间较广泛，其对谐波功率的响应水平一致，这样会导致一起惊醒谐波功率和基波功率的计量，最后导致电能计量差别。

（3）电子式电能表负荷预测分析，负荷预测是无标准的流程，可是负荷预测工作由于工作人员能力有限，工作人员不能实现对负荷预测总调度，从而造成了调度员的负荷工作中的预测不准，并且当数据不能及时上报的话，会导致系统的网络有困难，预测时候所需要的时间过长或者死机。

尤其当一些非线性负载在电网运行的过程中，将会使电力系统网络会产生谐波、间谐波以及频率的波动。通过这些方面进而影响电表的测量准度，导致有些用户的功率测量过大或者另一些用户测量过低。这样造成了电费的收取的不公平，不利于社会公平性的实现。因此目前迫在眉睫的是如何精确的计算谐波功率的问题，这样才能实现更好的社会公平。

1.1.2研究意义

同时近年来，全世界的科技界全部都比较关注新能源和环境两个方面。如何符合当今世界的主题来达到最佳的目标，根据负载的需求来进行有意义的能量转换，这已经成为了目前电力系统的关注的焦点，采用相应电力电子的技术，并且高效使用电能已经备受世人的重视。我们目前采用的方法有许多，例如：充分的利用和开发资源，原来采用较为落后的技术如依靠机械传动变换旋转电机的过程，已经演化成为了通过变频调速的方法来实现灵活的变化；同时利用一些高频开关电路的直流电源，采用这样的方法可以大大减小所消耗的铁磁材料，同时体积会大大变小。但是正因为电力电子的使用将产生影响，这些影响包括换流电路的功率因数下降，效率会相应的减小。电力电子的广泛使用产生谐波污染的主要原因。

谐波的产生对我们生活产生了巨大的影响，因此对于我们来说治理谐波有着非常重要的意义。特别在电能计量方面来说，我们急需完善原有的计量的不足之处，并且制定出一套较可靠的方案。

在当前社会中，我们使用的电能计量表都有一个共同的特点，那就是在对计量基波功率的同时计量了谐波功率。这对于电力系统来说明显是不合理、不公平的同时具有一定的局限性。当谐波用户开始工作的时候，它会注入大量的谐波功率，这将会对电力系统产生一定的危害，除此之外还会这一部分的用户少征收一些电费，但是非谐波用户并不会产生这一种影响，可是却更受到了危害。

主要危害为：

（1）谐波源用户产生谐波影响了电力系统的稳定而影响稳定性，受到这种影响，供电电压会发生畸变，供电的电能质量收到了影响。谐波进入了电力系统之后，会诱发产生谐振，导致电力系统中产生过电流或者过电压的现象，造成了电力系统不稳定。

（2）谐波功率的产生会使那些非谐波源用户造成经济损失，即那些非谐波源用户由于吸收了谐波的原因，产生了额外的费用。但是那些发出对电力系统有危害的谐波源用户，却并没有为此征收电费，同时那些电力部门来讲既少收了谐波源用户的电费，同时增大了电路损耗，这对于社会经济损失惨重。

（3）这样谐波的产生不仅对那些非谐波源用户的电气设备有一定的影响而且对社会公平有一定的危害。

总之，非谐波源用户不仅吸收了谐波源用户的所产生的具有危害的谐波，而且他们还要为这些谐波危害付出一定的费用，但是对于谐波源用户，他们产生了危险的谐波卉然了电能，但是并为此付出代价。这对于目前呼吁的社会公平是正好相反的。

综上所述，电力谐波的研究将对于我们未来生活有着重要的意义。所以来说我们有必要去完善谐波功率计算的研究。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外研究背景

目前国内外研究者在含有非线性负载基波与谐波功率转换做了很多研究，得到结果是谐波对电能的影响巨大他使设备损坏记忆不加大，使电力部门的成本扩大。 它对功率计量产生巨大影响，谐波有时会使得电表不能正常工作，出现忽高忽低的情况，从而这样导致社会的不公平。为了尽可能的消除这些危害，更精确的计算谐波功率。目前主要包括是设备改进法、数学计算法和人工智能法。

1.2.1.1设备改进法

由于传统的功率计量表的不足，目前的利用全电子式电能表来测量谐波功率是一种重要的办法。全电子式电能表是利用电能表来采集相关数据同时装换成集成电路的一种方法，这种测量方法就是为了针对谐波功率而研发的新型测量工具。这种工作原理是当用户的表盘在走动的时候而产生电压的数值，这种新型电表是对于采集数据方法是实时的，从而监督用户的动向。当出现谐波的影响较为广泛的时候，全电子式电能表可以针对不一样的的存储的数据从而将这个通信协议发送到主机上面，然后可以根据主机位置的差距从而可以得知并判断电量的存储路径，完成了相应的任务。全电子式电表的工作就是由收集而来的数据得知用户的电量的值，并进行处理，可以把收集的数据转换成单片机处理的模式。这种电能表在自己的表盘有相应的单元符号，并且这些符号在印刷电路经过的时候，可以由此来形成一个互不影响的系统，从而利用这种方法来阻止谐波产生的危害。这仅仅只是在测量的手法上解决谐波，也可以在产生谐波的方面消除谐波或者尽可能减小谐波产生的方法。

正如这目前这个阶段我国的电力系统及其相关工程正如火如荼的进行中，我们也可以从这基础建设一方面来减小谐波的产生。在冬季，由于寒冷的气候就必须注意电力系统混凝土的使用。这因为混凝土的在低温、冰雪的影响下可能会导致混凝土出现假凝固的问题。假如这方面没有得到重视，混凝土的开裂将会对电力工程项目造成毁灭性的打击。分温控要求和质量控制主要用来解决这一问题的关键。这其中温控要求可以从在混凝土上面搭建暖棚的手法来控制混凝土的温度和湿度。另一方面质量控制则是电力工程在寒冷的气候来进行分层浇筑的。若只有一层混凝土表面时，这是严禁在地面上面进行教主的；当天气较为寒冷的时候这时候混凝度需要预加热，在进行浇筑之前需要将温度控制一定的温度，同时也可以利用红外线加热法即高温加热法，等实现对一系列的温度控制。只有通过这一办法才可以让混凝土施工是实现高质量的必然要求。对于冻胀因素这一方面是由于的低温和冷冻会使得电力工程所需要的混凝土土体受到了强烈的外力作用而造成变形。同时这也由于土体本身含有一定水分可是因为水的密度和冰的密度不同，当处于低温的时候，土体中的水分就将会营造的一种虚拟仿真实验。它是将电网作为实验的整体大环境进行仿真实验。 这种仿真的方法利用收集谐波运动的数字规律，可以画出一个函数变动图来进行表示，以谐波为纵轴，以影响作为横轴，探究其危害程度。

1.2.1.2数学计算法

目前国内外学者为了实现谐波电能精确计算，提出了许多方法。这些方法也大体分为两类：基波计量和全波计量这两种方法。因为这两种方法比较单一所以我们有必要对电能计算方法进行研究。鉴于此有一种新的电能计算方法我们可以得出，这种新方法的原理是通过功率的流动性特点，经过一系列的实验和仿真得出了线性用户多计量，非线性用户少计量电能的结论。这种新的计算方法的关键就是计算权重系数，通过计算之后我们从而进行负荷之间的谐波功率分摊。之后再采取采用自适应阻抗法，自适应阻抗的方法就是首先进行样本量的选取和分组，然后通过分组的样本来量数据计算谐波阻抗，从而可以确定我们需要的符合的权重系数。这样我们也可以对于自身产生的谐波功率还有来自其他非线性用户的谐波功率，通过计算就能得到合理谐波电能。因此新的计量谐波功率通过计算系统谐波阻抗的计算、样本量的选取和分组、权重系数的计算几个步骤从而计算出较为准确的谐波阻抗、电能的计量等。

1.2.1.3智能电网法

智能化在我们当代生活之中越来越重要。目前智能电网已经成为电力系统发展变革的最新动向，这种智能电网研究的目标之一是提高用户用电的效率、可靠性和电能质量三方面。 利用智能电网来来进行测量谐波功率时，智能电网具有在测量和输电进行过程中并实现精确计算谐波功率。在智能电网法应用过程中，它的测量系统是智能化电网实现首步，而且是最重要的一步。这个测量系统的实现是由多种通信介质，按需或以设定的方式测量的方法收集来大数据，然后根据收集得到的数据进行分析，从而最终得到最精确的数据。所以说测量系统的实现是智能电网的基础信息平台，同时是智能电网中的最重要电力基础。 这种计量谐波电能的方法同时具有在不同时段的同时可以获得不同的计量值。这些数值将经过电压、电流传感器采样、模数转换器转换得到的三相电压、电流数字信号传输到中，然后对采样的数据用 芯片进行数字滤波、利用量测算法来完成实时在线精密测量三相非正弦参量。 通过别的计算方法得到各种功率的值，同时得到的数值较为精确。利用智能电网法来进行功率的测量，电能质量同时也能达到相应的要求。所以来说智能电网法是对于目前来说一种较为完善的技术。

1.2.2 目前研究存在的问题

（1）对于设备改进法来说：全电子式电能表的对于是技术性要求较高而且制作成本较高在居民住宅中的作用还不是非常明显，它仅仅在于一些大型企业之中有较为广泛的应用。对于外界因素对于电表计量的影响的解决办法只是我们在针对计量仪器、研究谐波的仿真实验等方式来促进计量手段的精准度，但是我们更应该提升电力应用的广度，这样才能使我国的电力部门得到全方面的发展。

（2）对于数学计算法来说：用如果只计量基波电能，就会忽略谐波电能的影响；因此，需要计算一下负荷各自的权重，然后按权重大小分摊谐波功率。这样才能真正意义的实现电力谐波功率的精确计算。但是这种方法仅仅在于理论上并没有得到广泛的应用，有待于进一步的研究。

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