配電網(wǎng)諧波檢測方法綜述

張帆行

【摘要】諧波檢測是供電系統(tǒng)可以安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行的重要基礎(chǔ)，也是電力系統(tǒng)分析中的重要工作。本文從檢測精度、速度等方面對現(xiàn)有諧波檢測方法進行了分析，并指出了諧波檢測方法的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】諧波 檢測 FFT

一、引言

自從使用交流輸電作為送電的一種方式起，諧波污染問題隨之產(chǎn)生，對電力系統(tǒng)的影響也愈發(fā)嚴重，長此以往，會對人們正常的生產(chǎn)、工作和生活造成嚴重的影響。因此，諧波治理刻不容緩。

二、諧波檢測方法介紹

2.1 基于傅里葉變換的諧波測量方法

目前基于傅里葉的諧波檢測算法是當今應(yīng)用最多的一種諧波檢測方法。在實際工程應(yīng)用中，由于電網(wǎng)的基波頻率存在波動，使得采樣得到離散點的頻譜與信號的理想頻譜不一致。于是，人們便對如何減小頻譜泄露和柵欄現(xiàn)象進行分析，產(chǎn)生了一系列加窗插值的方法。插值的作用是可以消除“柵欄效應(yīng)”帶來的測量誤差，而加窗則可以減小諧波間的“頻譜泄露”。國內(nèi)外學(xué)者提出不同的插值算法，主要包括單譜線插值算法、雙譜線插值算法以及多譜線插值算法，基于CZT的諧波估計算法。由于基于FFT算法的仿真編程簡單，易于嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，因此得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用，但檢測時需要一定時間段的離散采樣值，運算量很大，且仿真時間較長，實時性檢測效果較差。

2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波測量方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要在短數(shù)據(jù)的電網(wǎng)諧波參數(shù)估計中得到應(yīng)用，它在電力系統(tǒng)諧波參數(shù)分析中用于兩方面：一種是基于前饋網(wǎng)絡(luò)的測量形式，算法的實質(zhì)是首先選擇合適且便于實際應(yīng)用的訓(xùn)練測試樣本，然后訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運算加權(quán)值，最后將被分析信號函數(shù)值輸入到已完成訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，從末端的輸出部分即可得到被測信號的諧波參數(shù)。另一種是測量方式分別是基于自適應(yīng)優(yōu)化原理和自適應(yīng)誤差最小準則。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的固有特點，當在實際運用中需要被調(diào)節(jié)的參數(shù)有很多的時候，訓(xùn)練過程中結(jié)果一直處于不收斂狀態(tài)，無法繼續(xù)訓(xùn)練運算，因此參數(shù)初始值的有效選擇對于諧波檢測結(jié)果的精確度十分關(guān)鍵。但基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測算法測量結(jié)果精度高，抗噪性能好，適合于實時檢測，因此應(yīng)用空間廣泛。

2.3 基于瞬時無功功率的諧波測量方法

1984年，日本學(xué)者赤木文泰等人提出的瞬時無功功率理論，其將Park變換引入瞬時無功功率的計算，核心原理是在三相電路中利用一個變換矩陣把三相電壓、電流瞬時值變換到兩相α-β坐標系中，該理論在有源濾波裝置的研發(fā)應(yīng)用等方面起了重要的推動作用。在這個理論基礎(chǔ)上諧波檢測方法有兩種：p-q運算方式電流檢測法，i_p-i_q運算方式的電流檢測法。該檢測方法的具有測量電路簡單和測量實時性好等優(yōu)點。

2.4 基于小波變換的諧波測量方法

小波變換所分析的時間一頻率窗口大小是變化的，適用于分析突變信號及不平穩(wěn)信號，可以較為精確地分析信號局部細節(jié)，適用于時變信號的檢測分析?；谛〔ㄗ儞Q的諧波檢測算法主要包括基于小波包變換算法、復(fù)小波變換算法、連續(xù)小波變換算法、MALLAT算法、自適應(yīng)小波變換法算法以及組合小波變換算法。國內(nèi)學(xué)者還針對一些特殊的小波提出了檢測算法。但基于小波變換的諧波檢測算法運算量較大，對環(huán)境要求高，因此在處理器不具有足夠運算速度的前提下，實時性沒有太大優(yōu)勢，但伴隨小波變換理論的發(fā)展、創(chuàng)新和完善，以及小波變換固有優(yōu)勢的存在，必將會在電網(wǎng)諧波信號檢測的過程中發(fā)揮重要作用。

2.5 基于功率譜估計的諧波測量方法

目前國內(nèi)外學(xué)者提出的基于功率譜估計的諧波檢測算法主要包括：奇異值分解法，Music算法、Prony算法、Esprit算法和Min-Norm算法等等。Burg算法是應(yīng)用較多的功率譜估計算法，它的優(yōu)點是頻率分辨率較高、測量結(jié)果穩(wěn)定性好、計算時間短、效率高。但是應(yīng)用Burg算法處理含有正弦參量的信號時在頻域?qū)⒊霈F(xiàn)譜峰偏移現(xiàn)象，降低了檢測的精度。因此針對Burg算法存在的不足之處，學(xué)者們提出了針對Burg算法的改進措施，如改進Burg算法，它是通過推導(dǎo)公式直接求解在預(yù)測誤差功率最小情況下的低階AR模型系數(shù)，再遞推得到高階系數(shù)，減小譜峰偏移；以及基于高階累積量改進的Burg自適應(yīng)算法；基于Marple算法的電力系統(tǒng)諧波譜估計，它的提出是基于Marple算法具有對初始相位值不敏感的特點，使得頻率偏移量較低，并且不出現(xiàn)譜分裂現(xiàn)象，可以對較短的諧波信號進行測量，準確估計頻率信息。

三、結(jié)語

通過對現(xiàn)有諧波檢測方法的分析，給出了各種檢測方法的優(yōu)缺點，伴隨著各種先進技術(shù)和理論的發(fā)展，諧波檢測的精度不斷的提高，電網(wǎng)諧波檢測技術(shù)將得到更好的發(fā)展及完善。