本文利用粒子群演算法來設計被動式濾波器，找到最佳調諧點及電容電感值，使系統電流諧波失真率合乎台電所訂之諧波管制標準，改善低壓配電系統的諧波問題。當今有很多領域在研究最佳化問題時採用了仿生物智慧的概念，而粒子群演算法即屬於其中一種較新的技術。粒子群演算法是導源於觀察群體性動物覓食的行為，每隻個體藉由自身的經驗及群體的互動最後得到食物。因此，應用至最佳化問題時，每個粒子都是所求問題的解，經過自身的認知及群體的指引而最後收尋到最佳解。本研究亦考慮建設成本及系統功因提升等成本因素，以達到低成本、高效率的目標。最後以一低壓配電系統為例，並和其它演算法的結果作比較，證實粒子群演算法於抑制諧波效果和成本上優於其它演算法。

This thesis uses Particle Swarm Algorithm to design a passive filter in order to find the turning point and the capacitor value enabling the generated electric harmonics within the limit set by Taiwan Power Company and to improve the harmonic problems of low voltage electric system. Nowadays, many fields take the concept of simulating biological wisdom for doing researches on most optimization problems, and Particle Swarm Optimization is one of the latest technologies. Particle Swarm Optimization is resulted from the observation of birds’ food-seeking behaviors; that is, each bird gets his food by his self-experiences and interactions among the group. Every particle having its own solution to the questions goes through self- recognition and group guide up to the best solution. In addition, this thesis considers the budget of construction and the improvement of power factors to meet the goal of low budget and high efficiency. Finally, for a system of low voltage distribution system, comparison of the results of the proposed method with those of the other method shows that the proposed method indeed suppresses the effects of harmonics better than the other method.

目 錄
第一章 緒論
1.1 研究背景與動機------------------------------------- 1
1.2 文獻回顧------------------------------------------- 2
1.3 論文內容組織簡介----------------------------------- 3
第二章 諧波來源與影響及因應對策------------------------ 4
2.1 前言----------------------------------------------- 4
2.2 諧波概述------------------------------------------- 4
2.2.1 負載分類----------------------------------------- 4 
2.2.2 諧波定義----------------------------------------- 4
2.2.3 失真定義----------------------------------------- 8
2.2.4 諧波來源----------------------------------------- 9
2.3 諧波對電力系統的影響-------------------------------11
2.3.1 諧波對電容的影響---------------------------------11 
      2.3.1.1 並聯共振---------------------------------12
      2.3.1.2 串聯共振---------------------------------13  
2.3.2 諧波對電力設備之影響-----------------------------14
2.3.2.1 對旋轉電機的影響 ------------------------------15 
2.3.2.2 對電力電纜的影響-------------------------------15 
2.3.2.3 對計量裝置及開關設備的影響---------------------16 
2.3.2.4 對保護電驛的影響-------------------------------16 
2.3.2.5 對通訊設備的影響-------------------------------16 
2.3.2.6 對變壓器的影響---------------------------------17 
2.4 諧波相序-------------------------------------------18
2.5 台電諧波管制標準-----------------------------------19
2.6 諧波解決方案---------------------------------------21
2.6.1 消除諧波的方法 ----------------------------------21
2.6.2 濾波器的種類-------------------------------------22
2.6.2.1 被動式濾波器-----------------------------------23 
2.6.2.1.1 單調式濾波器---------------------------------23
2.6.2.1.2 阻尼式濾波器---------------------------------26
2.6.2.2 主動式濾波器-----------------------------------27
2.6.2.2.1 基本原理-------------------------------------27
2.6.2.2.2 基本架構-------------------------------------28 
2.6.2.2.3 電路分析-------------------------------------31
第三章 粒子群尋優法------------------------------------33
3.1 簡介-----------------------------------------------33
3.2 演算理論-------------------------------------------33
3.3 演算流程-------------------------------------------37
第四章 諧波濾波器之最佳設計----------------------------39 
4.1 實例說明-------------------------------------------39 
4.2 最佳設計模式之建立---------------------------------40 
4.3 模擬結果-------------------------------------------44
4.4 結果探討-------------------------------------------51
第五章 結論與展望--------------------------------------52
5.1 結論-----------------------------------------------52
5.2未來展望--------------------------------------------52
參 考 文 獻--------------------------------------------53

圖 目 錄
圖2.1 60Hz 的基本波電源波形--------------------------------- 6 
圖2.2 含有三次諧波的基本波電源波形-------------------------- 6
圖2.3 含有三、五次諧波的基本波電源波形---------------------- 7
圖2.4 含有三、五、七次諧波的基本波電源波形------------------ 7
圖2.5 說明並聯共振之電力系統單線圖 ------------------------- 12
圖2.6並聯共振之等效電路------------------------------------ 13
圖2.7 說明串聯共振之電力系統單線圖  ------------------------ 14
圖2.8 串聯共振之等效電路 ----------------------------------- 14
圖2.9 高阻抗的LC並聯電路 ----------------------------------- 22
圖2.10 各型被動式濾波器 ------------------------------------ 23
圖2.11 單調式濾波器 ---------------------------------------- 23
圖2.12 單調式濾波器電路其阻抗與諧波頻率之關係  ------------- 24
圖2.13 高通濾波器(High Pass Filter)  ----------------------- 26
圖2.14主動式濾波器基本原理  ------------------------------- 28
圖2.15 串聯型主動式濾波器架構圖----------------------------- 28
圖2.16 並聯型主動式濾波器架構圖----------------------------- 29
圖2.17 並聯型主動式濾波器與被動式濾波器並聯使用架構圖------- 29
圖2.18 串聯型主動式濾波器與被動式濾波器並聯使用架構圖------- 30
圖2.19 串聯型主動式濾波器與被動式濾波器串聯使用架構圖------- 30
圖2.20 主動式濾波器基本電路分析----------------------------- 31
圖3.1  PSO第一次隨機產生一組解------------------------------ 34
圖3.2  PSO一次收尋後的位置---------------------------------- 34
圖3.3  PSO二次收尋後的位置---------------------------------- 35
圖3.4 PSO三次收尋後的位置---------------------------------- 35
圖3.5 粒子群演算法流程圖------------------------------------ 38
圖4.1 實測系統單線圖---------------------------------------- 39
圖4.2 利用粒子群演算法設計被動式濾波器流程圖---------------- 43
圖4.3  5次濾波器之調諧點之收斂情形------------------------- 44
圖4.4  5次濾波器之電容量之收斂情形------------------------- 45
圖4.5  5次濾波器之電感量之收斂情形------------------------- 45
圖4.6 投入5次濾波器後各次諧波電流失真率與管制標準之比較--- 46 
圖4.7 投入(5次與7次)濾波器後各次諧波失真率與管制標準比較-- 46

表 目 錄
表2.1 各次諧波之相序分類---------------------------- 19 
表2.2 用戶注入其責任分界點之諧波電流------------------------ 20 
表2.3 用戶責任分界點之諧波電壓------------------------------ 20 
表4.1 負載諧波源各級諧波電流值------------------------------ 39 
表4.2 以成本函數為目標函數之濾波器效能---------------------- 47
表4.3 以總諧波失真為目標函數之濾波器效能-------------------- 48
表4.4 以成本函數為目標函數之濾波器參數---------------------- 49
表4.5 以總諧波失真為目標函數之濾波器參數------------------- 50

參考文獻

[1] 	D. A. Gonzalez and J. C. Mccall, “Design of filters to reduce harmonic distortion in industrial power system,”IEEE Transactions on Industry Applications, vol.IA-23,1987, pp. 504-511.
[2] 	J. Arrillaga, D. A. Bradley and P.S. Bodger, Power System Harmonic,John Wiley & Sons Ltd., 1989.
[3] 	江榮成，電力品質實務(一、二)，台北，全華科技圖書股份有限公司，2002年。
[4] 	C. J. Chou, C. W. Liu, J. Y. Lee, and K. D. Lee, “Optimal planning of large passive harmonic filters set at high voltage level,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 15. no. 1, February 2000, pp.433-441.
[5] 	林昆平，工業配電諧波問題之改善，台灣大學電機研究所碩士論文，中華民國84年。
[6] 	胡中興、吳啟瑞、顏世雄等，「配電系統之諧波對配電主變壓器運轉的影響」，第十七屆電力工程研討會，1996年11月8-9日，新竹， pp. 1-5
[7] 	IEEE C57.11.00-1986, IEEE Recommended Practice for Establishing Transformer Capability When Supplying Nonsinusoidal Load Currents（ANSI）.
[8] 	吳明學，考慮電容器組保護協調之諧波濾波器最佳化設計，台灣大學電機研究所碩士論文，中華民國84年。
[9] 	孫思瑋，應用模擬退火演算法進行電力諧波濾波器設計，淡江大學碩士論文，中華民國85年。
[10] 	李俊耀，高壓大容量被動式諧波濾波器之最佳規劃，中原大學碩士論文，中華民國87年。
[11] 	卓大鈞，單調式電力諧波濾波器最佳化設計，淡江大學電機研究所碩士論文，中華民國87年。
[12] 	李俊耀，張宏展，「應用蟻行演算法於被動式濾波器之最佳規劃」，中華民國第二屆電力電子研討會論文集，2003年9月19日，彰化， pp. 515-520。
[13] 	電力系統諧波管制暫行標準，82年6月4日，台灣電力公司。
[14] 	簡敏郎，工廠配電系統諧波分析與改善，中原大學碩士論文，中華民國92年。
[15] 	林文康，通信機房電力諧波分析，中原大學電機研究所碩士論文，中華民國93年。
[16] 	林清河，主動式濾波器的認識與選用，電機月刊第十二卷第十一期，2002年11月， pp.125-140。
[17] 	羅天賜，主動式濾波器，電機月刊第十二卷第十一期，2002年11月，pp.125-140。
[18] 	R. Eberhart and J. Kennedy, “A new optimizer using particle swarm theory,” Proceedings of the Sixth International Symposium on Micro Machine and Human Science, Nagoya, Japan, Octeber 4-6, 1995, pp. 39-43.
[19] 	J. Kennedy and R. Eberhart “Particle swarm optimization,” Proceeding of the IEEE International Conference on Neural Networks, Australia, Nov/Dec 1995, pp. 1942-1948.
[20] 	Y. Shi and R. Eberhart, “A modified particle swarm optimizer,” IEEE Word Congress on Computational Intelligence,4-9 May 1998,Anchorage,AK, pp. 69-73.
[21] 	郭信川，張建仁，劉清祥，粒子群演算法於最佳化問題之研究，台灣作業研究學會學術研討會，2004年11月12日，台北， pp. 20。
[22] 	柳依旻，粒子群最佳化的視覺化及開發工具，中原大學碩士論文，中華民國87年。
[23] 	陳慶翰、許世賢、曾俊傑、徐子恆，「基於粒子群最佳化之模糊推論系統適應性學習」，中華民國模糊協會2001年研討會，2001年11月23~24日，中壢， pp. 155-160。
[24] 	梁瑞勳、曹家福，「應用粒子群優法於動態經濟調度」，中華民國第二十五屆電力工程研討會論文集，2004年11月19~20日，台南， pp. 18-22。
[25] 	陳朝順，顏義和，陳思欽，「電力系統中之濾波設計」，中華民國第十四屆電力工程研討會論文集，1993年12月17~18日，中壢， pp. 155-160。
[26] 	陳朝順，顏義和，何信龍，「諧波污染之配電系統的虛功補償設計」，中華民國第十四屆電力工程研討會論文集，1993年12月17~18日，中壢， pp. 364-370。
[27] 	裕山電機公司，「諧波對電力電容器的影響」，電機技師月刊第63期，1997年8月， pp.125-140。
[28] 	S. Kirkpatrick, C. D. Gelatt, Jr. M. P. Vecchi, "Optimization by simulated annealing," Science, Vol. 220, 13 May 1983, pp. 671-680.
[29] 	曾俊傑，一個智慧型指紋辨識系統的設計方法論，義守大學，碩士論文，民國89年。
[30] 	李尚懿，吳啟瑞，顏世雄，為排除並聯共振問題的諧波濾波器設計，中華民國第十八屆電力工程研討會論文集，1997年11月8~9日，台北， pp.471-475。