對(duì)智能電網(wǎng)環(huán)境下諧波檢測(cè)與管理分析

王銀生

摘 要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展異常迅速，由此對(duì)于城市供電的可靠性以及供電質(zhì)量提出了嚴(yán)格的要求?，F(xiàn)階段電器的使用率越來(lái)越頻繁，必然也會(huì)造成諧波的污染變得更加嚴(yán)重，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)環(huán)境都是非常不利的。本文主要概括了諧波的檢測(cè)以及所造成的污染進(jìn)行相應(yīng)管理分析。

關(guān)鍵詞：諧波；檢測(cè)；管理

引言

目前電網(wǎng)環(huán)境三個(gè)主要的公害就是：諧波污染、功率因子降低以及電磁干擾，因此，有必要分析研究諧波是如何產(chǎn)生，利用科學(xué)的辦法檢測(cè)管理諧波，這對(duì)于電網(wǎng)整體運(yùn)行的質(zhì)量及用戶(hù)的滿(mǎn)意程度都是非常具有價(jià)值的。

1.諧波的危害之處

理想中的電壓都有明確的電壓幅值，而且它的頻率是不會(huì)發(fā)生變化的。但在我們?nèi)粘Ｉ钪?，若有一家的電氣設(shè)備產(chǎn)生了諧波電流，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)環(huán)境都是造成相應(yīng)的污染。

1.1電氣設(shè)備的使用年限會(huì)明顯的縮短

對(duì)于正常電氣設(shè)備而言，諧波都會(huì)影響它的正常運(yùn)行。比如諧波會(huì)讓電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械的振動(dòng)、噪音等多方面；此外，也極易容易導(dǎo)致電容器、電纜等相關(guān)器件發(fā)燙，進(jìn)一步縮短了電氣設(shè)備的使用年限。

1.2電氣設(shè)備的使用功效減少

諧波會(huì)使整個(gè)電氣中的某個(gè)元器件產(chǎn)生多余的損耗，進(jìn)一步導(dǎo)致了供電、發(fā)電等多項(xiàng)設(shè)備的效率大幅度減少。如電動(dòng)機(jī)中的銅消耗會(huì)因?yàn)殡娏髦C波的影響增加。

1.3極易發(fā)生事故

上面有說(shuō)到諧波會(huì)導(dǎo)致電容器、點(diǎn)燃等相關(guān)器件發(fā)燙，嚴(yán)重的是器件方面發(fā)生自燃，容易出現(xiàn)火災(zāi)事故，在中性線(xiàn)里，也有很多的三次諧波通過(guò)，線(xiàn)路也極易發(fā)燙。

2.消諧器的裝設(shè)應(yīng)用

在我國(guó)智能電網(wǎng)系統(tǒng)高壓成套設(shè)備中，普遍采用裝設(shè)消諧器的方法來(lái)抑制和消除諧波。在2O世紀(jì)90年代之前，一般通過(guò)在電壓互感器柜當(dāng)中，裝設(shè)較為簡(jiǎn)單的一二次消諧器方式來(lái)消除諧波。并且這種諧波消除的接線(xiàn)方法非常簡(jiǎn)單，真正維護(hù)起來(lái)更加容易，且成本也較為低廉，因此很快獲得了較為廣泛的應(yīng)用。比較常用的一次消諧器主要是RXQ—l0型，而二次消諧器則主要是KFX一10等型號(hào)。因?yàn)镽XQ-IO這種消諧器型號(hào)更多都是一種瓷質(zhì)產(chǎn)品，且其自身的體積又相對(duì)較大，因此并不符合相應(yīng)的安裝工藝需求。在此背景下，相關(guān)人員研制出電阻材料制成的LXQII（D）一10型消諧電阻器，這種全新的消諧器直接取代了RXQ一10型消諧器。并且由于KFX一10型消諧器在功能方面相對(duì)而言更加簡(jiǎn)單，所以至今無(wú)法有效的滿(mǎn)足在特殊場(chǎng)合符合相關(guān)電網(wǎng)的需求。隨著如今科技技術(shù)的深入發(fā)展，我國(guó)多家公司研制出微機(jī)型的消諧裝置，其核心部分采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的CPU芯片，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，功耗低， 目前最常采用的還是KWS196一H型和wxj一620型兩種流行的型號(hào)，但是在價(jià)格明顯偏貴。而在大型的鋼鐵廠、造紙廠和化工廠等大量電動(dòng)機(jī)、電弧爐以及整流設(shè)備的廣泛使用，僅僅依靠一次、二次消諧器難以有效的起到抑制諧波的作用，大都采用更加先進(jìn)的微機(jī)消弧消諧及過(guò)電壓保護(hù)裝置對(duì)諧波進(jìn)行較為全面的抑制，效果非常好。

3.諧波的檢測(cè)方法

現(xiàn)如今對(duì)諧波都有各方面的研究。比如諧波的檢測(cè)、諧波源分析、諧波抑制、即行碧波分析等等。這些里面最關(guān)鍵的就是第一點(diǎn)諧波的檢測(cè)，要想解決其他諧波問(wèn)題，都需要有第一個(gè)步驟。但是因?yàn)檎麄€(gè)電網(wǎng)的諧波都會(huì)存在各方面的干擾因素，比如非穩(wěn)定低、隨機(jī)性、分布性等。要想精確的進(jìn)行諧波檢測(cè)有一定的難度。由此，隨著不斷發(fā)展的交流電力系統(tǒng)，陸續(xù)也開(kāi)始有了各種各樣的檢測(cè)諧波的方法。比如：基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論檢測(cè)法、模擬濾波器、神經(jīng)網(wǎng)路、小波變換、頻率分析法[1]。

3.1頻域分析法與模擬濾波器

頻域分析法與模擬濾波器都是較早用來(lái)檢測(cè)諧波的方法。其中，模擬濾波法有2種方法：一種是得出基波分量前提是使用帶通濾波器，然后再得出諧波電流分量，就是和被檢測(cè)的電流進(jìn)行相減。另外一種得出諧波電流分量就是通過(guò)濾波器，然后去除基波電流分量。上面的兩種方法都很容易實(shí)現(xiàn)，原理跟電流結(jié)構(gòu)類(lèi)似。能濾出部分自身就帶有頻率的諧波。比較容易控制和操作，但是得出的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有較大的誤差，并且極易容易受到外界環(huán)境的干擾。檢測(cè)效果也會(huì)隨著參數(shù)發(fā)生變化的時(shí)候變得更弱。

頻域分析法主要是通過(guò)收集電壓值或是電流值的一個(gè)周期，然后進(jìn)行計(jì)算?？梢缘弥锩嫠兄C波的次數(shù)、相位系數(shù)與各次諧波的幅值。使用傅里葉變換器來(lái)抵消諧波分量，得出一個(gè)所要的誤差信號(hào)。再次使用傅里葉變換器將誤差信號(hào)進(jìn)行反轉(zhuǎn)換，就可以獲得補(bǔ)償信號(hào)。這種方法對(duì)比與模擬濾波器法主要的優(yōu)點(diǎn)就是得出的結(jié)果更加精確，不足之處就是大量的計(jì)算、因?yàn)槭莾纱无D(zhuǎn)換所以所需要的時(shí)間也會(huì)更多、需要更高的檢測(cè)環(huán)境等等，現(xiàn)在這一技術(shù)主要應(yīng)用于分析諧波的離線(xiàn)[2]。

3.2小波變換法

小波分析目前也是使用的較為廣泛，比如在機(jī)械故障診斷、機(jī)器視覺(jué)、合成與識(shí)別語(yǔ)音、信號(hào)處理和監(jiān)控等多方面，主要原因是它的工作結(jié)晶是調(diào)和分析。在頻域與時(shí)域環(huán)境中，具有非常好的局部化性質(zhì)，完全沒(méi)有上述的頻域分析法不穩(wěn)定的因素。因?yàn)樾〔ǚ治隹梢杂?jì)算頻率在某一時(shí)間段的頻率值。并且可以把不是由相同頻率組合而成的頻譜信號(hào)劃分為信號(hào)塊。因此，對(duì)于計(jì)算基波電流，小波變換能夠很輕易的得出。在檢測(cè)諧波當(dāng)中，主要的研究成果都是使用小波分析得有：

一、替代卡爾曼的諧波跟蹤法就是將最小二乘法與小波變換相結(jié)合。它是把每個(gè)小時(shí)發(fā)生變幅的各次諧波投影到子空間，然后通過(guò)使用最小二乘法推算出小波系數(shù)。將每小時(shí)發(fā)生變法的諧波轉(zhuǎn)化為成常系數(shù)。

二、將頻率空間通過(guò)小波變化的小波包進(jìn)行細(xì)分，并且用整個(gè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的高次諧波直接投影到不同范圍上，用肉眼就能很明確的看出歧義高次諧波信號(hào)及高頻的性質(zhì)。

小波變換的研究時(shí)間還是相對(duì)而言較短的，在整個(gè)檢測(cè)當(dāng)中依舊會(huì)暴露出許多問(wèn)題。

3.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法

自從人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，便有了一個(gè)飛速的發(fā)展。在電力系統(tǒng)當(dāng)中也得到了更加廣泛地應(yīng)用。比如：諧波預(yù)測(cè)和檢測(cè)、優(yōu)化調(diào)度、負(fù)荷預(yù)測(cè)等等，在工程領(lǐng)域方面也有很好的研究成果。主要跟神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法相關(guān)的是：算法的選擇、樣本的確定以及模型的構(gòu)建。通過(guò)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)去實(shí)現(xiàn)無(wú)功電流和諧波的檢測(cè)對(duì)不穩(wěn)定電流都擁有很好地跟蹤調(diào)查能力。對(duì)比上面的小波變換法、傅里葉變換頻域分析法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法具有更高的檢測(cè)精度，并且對(duì)數(shù)據(jù)的敏感性要求不大[3]。

4.諧波的管理

4.1管理諧波源

一、應(yīng)建立完善的關(guān)于諧波源的資料庫(kù)，主要有設(shè)備的型式、容量、參數(shù)、有關(guān)電容器的參數(shù)、有關(guān)供電系統(tǒng)及參數(shù)、主接線(xiàn)、諧波設(shè)計(jì)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值等。當(dāng)產(chǎn)生的諧波電壓不符合現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)立馬采取相應(yīng)的措施把諧波電壓控制好。

二、申請(qǐng)用電的諧波源用戶(hù)，相關(guān)部門(mén)應(yīng)利用系統(tǒng)公用電網(wǎng)參數(shù)對(duì)諧波源的諧波進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于不符合明文規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，必須將諧波的處理完善。

4.2電網(wǎng)諧波管理

一、根據(jù)電力系統(tǒng)的整體框架，建立諧波電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、電容器及諧波源用戶(hù)的檔案，著重管理易引起諧振、結(jié)構(gòu)薄弱、諧波源較大、電網(wǎng)容量較小的地區(qū)。

二、探索分析電網(wǎng)諧波電流電壓不符合標(biāo)準(zhǔn)的原因，對(duì)有關(guān)電容器和諧波源采取相應(yīng)的辦法。

三、分級(jí)分層的進(jìn)行諧波管理工作，上級(jí)電網(wǎng)有義務(wù)管理好下級(jí)電網(wǎng)。

4.3相關(guān)工作人員各執(zhí)其責(zé)

一、技術(shù)專(zhuān)員負(fù)責(zé)管理用戶(hù)和電網(wǎng)諧波工作。提出諧波測(cè)試點(diǎn)的改進(jìn)方案、負(fù)責(zé)諧波源用戶(hù)的審批、匯總諧波定期報(bào)表及建立完善的諧波源檔案。經(jīng)常進(jìn)行諧波分析普查工作、增加新的諧波測(cè)試點(diǎn)，將整體的諧波管理工作做得更完善。

二、相關(guān)統(tǒng)計(jì)人員分別負(fù)責(zé)定期報(bào)表、監(jiān)督管理范圍內(nèi)諧波的具體情況，對(duì)于不符合標(biāo)準(zhǔn)的用戶(hù)進(jìn)行整改并且采集諧波源用戶(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)。

三、調(diào)度人員分別負(fù)責(zé)電網(wǎng)諧波管理檢測(cè)，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行基本情況，及時(shí)記錄諧波流入的情況。負(fù)責(zé)各變電所的諧波監(jiān)測(cè)儀及消諧裝置的正常運(yùn)行。

總結(jié)

伴隨著日益發(fā)展的電力系統(tǒng)，同時(shí)也要深入的研究諧波問(wèn)題，去發(fā)現(xiàn)更有效的檢測(cè)及管理諧波的辦法，這樣才能找出其中的漏洞，從而推出對(duì)應(yīng)的解決措施，最終由此提升其整體的供電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇沛.電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)算法及檢測(cè)系統(tǒng)研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015，20：15-16.

[2]王海鋒.電網(wǎng)諧波檢測(cè)實(shí)例及其分析[J].低碳世界，2013，18：50-51.

[3]甄霞.電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].電工電氣，2012，03：1-4.