近年來隨著高科技的發展、電力設備及電力電子元件廣泛被使用在工業上，使得諧波問題日益嚴重，而導致元件或設備誤動作情況發生。改善諧波問題之方法，通常是加裝濾波器，濾波器大致可區分主動式與被動式兩類，由於主動式濾波器造價昂貴，構造及維修較為複雜，就經濟考量方面，較不符合成本考量，而被動式濾波器具有結構簡單、維修方便和造價便宜等優點，因而廣泛被採用。本文提出利用粒子群演算法來設計被動式濾波器，根據台灣電力公司系統諧波管制標準(參照IEEE-519諧波管制標準)、系統頻率誤差、電容器製造與溫度誤差及電感器製造誤差，作為抑制諧波限制條件，以防止串聯共振發生，而導致燒毀濾波器情況發生。另外成本目標函數亦考慮濾波器成本及使用年限等情況，以更能貼近實際之應用。最後，本文以一低壓配電系統為例，加裝5次、7次與11次濾波器，並對蟻拓和免疫演算法比較，以驗證本文所提方法之效能。

Owing to the development of high technology, power device and power electronic device are widely used in the industry, which deteriorates the problem of harmonic and results in wrong operation of equipments and devices. The most common way to  reduce harmonic distortion is to install the harmonic filters. Filters are divided into both active and passive types. Active filter does not meet the requirement of low cost consideration due to the high cost and complex construction and maintenance. Passive filter, however, because of its simple construction, convenient maintenance and cheaper cost, is widely adopted. This thesis utilizes the PSO algorithm to design the passive filter for the harmonic problems. According to the harmonic standard of Taiwan Power Company, system variation, manufacturing tolerance and temperature tolerance of capacitor and manufacturing tolerance of inductance are used to curb harmonic limit condition and to prevent series resonance, which cause the burning down of filters. This context also considers the cost and lifetime of filters as the object function. This study takes a low voltage distribution system as an example, using Matlab/Simulink software simulation to mount 5th, 7th and 11th of filters and get the results. In addition, this thesis compares the ant algorithm and immune algorithm and use optimal techniques to make the results perfect and practical, which prove the effective functions come up with by this context.

中文摘要....................................................Ι
英文摘要....................................................Ⅱ
誌謝........................................................Ⅲ
目錄........................................................Ⅳ
圖索引......................................................Ⅷ
表索引.....................................................ⅩΙ

第一章 緒論..................................................1
1.1 研究動機............................................1
1.2 研究背景............................................2
1.3 研究步驟............................................2
1.4 相關文獻探討........................................3
1.5 論文簡介............................................4
第二章 諧波問題之基本概念與因應對策..........................5
2.1 諧波概論............................................5
2.2 諧波原理............................................5
2.2.1 諧波相關定義.................................5
2.2.2 諧波來源....................................11
2.2.3 諧波的影響..................................12
2.3 串聯與並聯共振.....................................13
2.4 諧波管制標準.......................................18
2.5 諧波解決方案.......................................19
2.6 濾波器分類.........................................23
2.6.1 主動型濾波器................................24
2.6.1.1 基本原理............................24
2.6.1.2 主動式濾波器的種類與架構............26
2.6.2 被動型濾波器................................29
2.6.2.1 阻尼濾波器..........................30 
2.6.2.2 單調式及雙調式濾波器................31 
第三章 粒子群演算法.........................................33
3.1 前言...............................................33
3.2 演算理論...........................................34
3.3 演算流程...........................................38

第四章 諧波濾波器之設計.....................................41 
4.1 前言...............................................41 
4.2 問題模式...........................................42 
4.2.1 目標函數....................................42 
4.2.2 限制條件....................................43 
4.2.3 利用粒子群演算法設計被動式濾波器............45 
第五章 模擬結果.............................................50 
5.1 前言...............................................50 
5.2 實例說明...........................................50 
5.2.1 系統介紹....................................50 
5.2.2 以成本為目標函數............................54 
5.2.2.1 投入一組(5次)濾波器.................54 
5.2.2.2 投入兩組(5及7次)濾波器..............58 
5.2.2.3 投入三組(5、7及11次)濾波器...........62 
5.2.3 成本函數....................................66 
5.3 比較結果...........................................67 
第六章 結論與未來研究方向...................................75 
     6.1 結論...............................................75
     6.2 未來研究方向.......................................75
參考文獻....................................................77 
圖索引

圖2.1基本波波形..............................................7
圖2.2含3及5次諧波波形.......................................8
圖2.3含3、5及7次諧波波形.....................................8
圖2.4含3、5、7及11次諧波波形..................................9
圖2.5(a) LC濾波器對諧波源之系統單線圖.......................14
圖2.5(b)變壓器與電容器對諧波源之系統單線圖..................14
圖2.6系統等效電路圖.........................................15
圖2.7並聯電容器與系統電抗之系統單線圖.......................16
圖2.8系統等效電路圖.........................................17
圖2.9 PWM控制原理圖.........................................21
圖2.10 PWM控制之振幅比與交流電壓諧波成份....................22
圖2.11高阻抗LC並聯電路圖...................................22
圖2.12主動式濾波器架設示意圖................................24 
圖2.13主動式濾波器方塊圖....................................25 
圖2.14主動式濾波器原理......................................25 
圖2.15並聯型主動式濾波器架構圖..............................26 
圖2.16串聯型主動式濾波器架構圖..............................27
圖2.17並聯型主動式濾波器與被動式濾波器並聯架構圖............28
圖2.18串聯型主動式濾波器與被動式濾波器並聯架構圖............28
圖2.19串聯型主動式濾波器與被動式濾波器串聯架構圖............29
圖2.20各型被動式濾波器......................................30
圖2.21高通濾波器等效電路與阻抗-頻率函數圖...................30
圖2.22單調式濾波器與阻抗-頻率函數圖.........................31
圖2.23雙調式濾波器與阻抗-頻率函數圖.........................32
圖3.1 PSO初始隨機產生一組解.................................34
圖3.2 PSO第一次搜尋後的位置.................................34
圖3.3 PSO第二次搜尋後的位置.................................35
圖3.4 PSO第三次搜尋後的位置.................................35
圖3.5粒子群演算法演算流程圖.................................40
圖4.1濾波器架設位置之系統單線圖.............................42
圖4.2粒子群演算法設計濾波器成本最佳化設計之流程圖...........49
圖5.1系統單線圖.............................................51
圖5.2系統等效電路圖.........................................51
圖5.3投入一組濾波器改善前後之諧波電流失真率.................56
圖5.4投入一組濾波器改善前後之諧波電壓失真率3.3KV點.........56
圖5.5投入一組濾波器改善前後之諧波電壓失真率69KV點..........57
圖5.6投入兩組濾波器改善前後之諧波電流失真率.................60
圖5.7投入兩組濾波器改善前後之諧波電壓失真率3.3KV點.........60
圖5.8投入兩組濾波器改善前後之諧波電壓失真率69KV點..........61
圖5.9投入三組濾波器改善前後之諧波電流失真率.................64
圖5.10投入三組濾波器改善前後之諧波電壓失真率3.3KV點........64
圖5.11投入三組濾波器改善前後之諧波電壓失真率69KV點.........65
圖5.12免疫演算法與粒子群演算法之電流失真率比較..............70
圖5.13蟻拓演算法與粒子群演算法之電流失真率比較..............72
圖5.14文獻[10]與粒子群演算法之電流失真率比較................74






表索引

表2.1用戶注入其責任分界點之諧波電流.........................18
表2.2用戶責任分界點之諧波電壓...............................19
表5.1諧波電流失真及諧波管制標準.............................52
表5.2諧波電壓失真及諧波管制標準.............................53
表5.3投入一組濾波器改善前後之諧波電流失真率比較.............54
表5.4投入一組濾波器改善前後之諧波電壓失真率比較.............55
表5.5投入兩組濾波器改善前後之諧波電流失真率比較.............58
表5.6投入兩組濾波器改善前後之諧波電壓失真率比較.............59
表5.7投入三組濾波器改善前後之諧波電流失真率比較.............62
表5.8投入三組濾波器改善前後之諧波電壓失真率比較.............63
表5.9以成本為目標函數之濾波器參數...........................66
表5.10免疫演算法與粒子群演算法之電流失真率比較..............69
表5.11蟻拓演算法與粒子群演算法之電流失真率比較..............71
表5.12文獻[10]與粒子群演算法之電流失真率比較................73

參 考 文 獻

[1] C.K. Duffey and R.P. Stratford. “Update of Harmonic Standard IEEE-519; IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic control in Electric Power System”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 25, No.6, Nov/Dec 1989, pp.1025-1034.
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[36] 簡靖陽、蘇膺中、黃啟楨和蕭瑛東，「應用免疫演算法尋求最低成本之單調諧點被動濾波器設計」，台灣電力電子研討會，新竹，2005年9月，pp.795-800。
[37] 黃啟楨、陳翔逸和蕭瑛東，「應用蟻拓演算法於電力諧波濾波器之設      計」，台灣電力電子研討會，新竹，2005年9月，pp. 729-734。