淺談電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)現(xiàn)狀及發(fā)展

摘要：隨著電力技術(shù)的發(fā)展，大量分布式電源的投入使用致使電網(wǎng)中的諧波分量嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量和電網(wǎng)的可靠性，因此諧波的測(cè)量非常重要。本文對(duì)電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波檢測(cè)；現(xiàn)狀及發(fā)展

當(dāng)前電力系統(tǒng)中大量非線性、強(qiáng)耦合負(fù)載的投入使用使得諧波問(wèn)題變得日益嚴(yán)重，電力系統(tǒng)的諧波主要是由于電能在輸送過(guò)程中受到各種環(huán)境因素的影響而引發(fā)的到達(dá)用戶的電能波形的失真而產(chǎn)生的。失真的波形不再具有周期性的特性，且單位時(shí)間內(nèi)完成周期性改變的次數(shù)也不再固定。諧波分為諧波和間諧波，其中諧波在單位時(shí)間內(nèi)完成周期性改變的次數(shù)為基波的整數(shù)倍，而間諧波與基波頻率則不具備整數(shù)關(guān)系。由于諧波和間諧波造成的電力系統(tǒng)的電能污染在生活中普遍存在，嚴(yán)重影響了用電設(shè)備、變電站和電力系統(tǒng)載波通訊等設(shè)備的正常使用，是電力行業(yè)已不得不面對(duì)的一個(gè)重要問(wèn)題，同時(shí)它也對(duì)電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成了不可忽視的損失。

1.基于模擬濾波檢測(cè)法

基于模擬濾波器檢測(cè)諧波的原理是利用濾波器濾掉無(wú)關(guān)分量從而得到待分析的分量。第一種方法是采用低阻濾波器，允許高頻的諧波和間諧波通過(guò)，并且通過(guò)衰減基頻分量從而達(dá)到濾波的目的，這樣就得到了諧波分量；第二種方法則是采用帶通濾波器，將其他頻率的分量衰減至零，留下基頻分量，然后通過(guò)基本集成運(yùn)放電路與電能信號(hào)相減，從而得到諧波分量。這種算法只需要通過(guò)濾波器濾波來(lái)進(jìn)行操作因此十分簡(jiǎn)單，并且其結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，然而通過(guò)濾波的方法造成的誤差也比較大。因?yàn)闉V波器很容易受到干擾而使得其性能不精確，同時(shí)電能的輸送非常容易受到環(huán)境的影響因此這種算法逐漸被替代。

2.基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)方法

瞬時(shí)無(wú)功功率檢測(cè)方法原理來(lái)自于1983年被日本學(xué)家H.Akagi提出的三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論，而后研究者在此基礎(chǔ)上提出了基于瞬時(shí)無(wú)功功率的檢測(cè)算法，通常該算法可以通過(guò)加裝光源濾波器或有源濾波器實(shí)現(xiàn)。而相對(duì)來(lái)說(shuō)有源電力濾波器的應(yīng)用較多，其可以通過(guò)動(dòng)態(tài)抑制諧波并補(bǔ)償無(wú)功來(lái)檢測(cè)出電能中的諧波分量和不對(duì)稱分量，由于有源濾波器響應(yīng)快速，因此能有效的檢測(cè)出諧波。然而，這種方法非常昂貴，并且不能分別獲得每個(gè)諧波的特定幅值、頻率和相位。在進(jìn)行諧波檢測(cè)時(shí)，需要根據(jù)條件進(jìn)行多次坐標(biāo)變換，對(duì)CPU的要求很高，計(jì)算量也非常大。

3.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測(cè)方法

該檢測(cè)方法是一種跨學(xué)科檢測(cè)算法，它借鑒了生物學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)理論，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)方法主要為有線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法，其基本原理就是不斷的調(diào)整加權(quán)值來(lái)減小誤差并將誤差進(jìn)行反向傳播，直到誤差在要求的范圍內(nèi)并得到諧波信號(hào)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因?yàn)槠浞蔷€性良好、自主學(xué)習(xí)和精度高的特點(diǎn)，同時(shí)還具備并行處理能力，近年來(lái)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在電力系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中在對(duì)電網(wǎng)的故障診斷。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，將故障產(chǎn)生的信息傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的樣本庫(kù)的選擇對(duì)比將診斷結(jié)果作為輸出量輸送出來(lái)。然而這種方法的應(yīng)用程序需要大量的樣本作為支撐，相對(duì)應(yīng)的計(jì)算時(shí)間也會(huì)更長(zhǎng)，因此在實(shí)際中應(yīng)用的也不多。

4.基于小波變換的諧波檢測(cè)算法

基于小波變換的諧波檢測(cè)算法是將無(wú)限長(zhǎng)的三角函數(shù)基波通過(guò)變換成為許多有限長(zhǎng)的會(huì)衰減的小波基波，然后對(duì)每項(xiàng)小波的參變量進(jìn)行重構(gòu)，因此它可以很好的重建信號(hào)細(xì)節(jié)?；谛〔ㄗ儞Q的諧波檢測(cè)算法能夠通過(guò)變換突出問(wèn)題在一些方面的特征，具有良好的靈活性。它通過(guò)在一個(gè)平面上將所有的信號(hào)序列點(diǎn)按照某個(gè)方向做相同距離的移動(dòng)伸展與收縮來(lái)進(jìn)行細(xì)化處理，使高頻信號(hào)分量在時(shí)域內(nèi)精細(xì)劃分，而低頻信號(hào)在頻域內(nèi)進(jìn)行精細(xì)劃分，能夠?qū)崿F(xiàn)分析時(shí)域和頻域的細(xì)節(jié)。然而，在穩(wěn)態(tài)諧波信號(hào)的檢測(cè)中，該方法并不理想，重建精度不高，并且頻率混疊。雖然小波變換能夠?qū)π盘?hào)的時(shí)域和頻域進(jìn)行很好的分析和處理，然而沒(méi)有適合分析諧波的小波函數(shù)會(huì)導(dǎo)致低頻部分的分解計(jì)算量巨大，因此找到一個(gè)合適的小波基函數(shù)是一個(gè)重要但是非常困難的研究方向。

5.基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)方法

基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)方法是目前被廣泛使用的一種方法。其原理是通過(guò)把采樣序列從時(shí)間領(lǐng)域變到頻率領(lǐng)域的方法來(lái)研究采樣序列的規(guī)律。離散傅里葉變換（DFT）是進(jìn)行信號(hào)分析最基本的方法，它表示的是傅里葉變換在時(shí)域和頻域信號(hào)都呈現(xiàn)離散的形式?？焖俑道锶~變換（FFT）是高效計(jì)算離散傅里葉變化的一種方法，這種算法能大幅減少離散傅里葉變換所需要的計(jì)算次數(shù)，并且采樣點(diǎn)數(shù)越多，計(jì)算越簡(jiǎn)便。由于電力系統(tǒng)的頻率受各種因素干擾使得它們?cè)谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)波動(dòng)，而采樣要求采樣頻率與實(shí)際運(yùn)行的頻率保持固定的比例關(guān)系，所以難以實(shí)現(xiàn)跟蹤采樣的精確性，因此在非同步采樣或非整數(shù)采樣時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)等誤差，使得傅里葉變換在電能領(lǐng)域的應(yīng)用具有局限性。而在FFT的基礎(chǔ)上通過(guò)加窗插值或者雙譜線校正等方法能夠提高檢測(cè)的精度，為諧波分析提供較為準(zhǔn)確的估計(jì)值。

隨著科技發(fā)展日新月異，電力系統(tǒng)的諧波檢測(cè)技術(shù)也得到了不斷地改進(jìn)和完善，同時(shí)硬件設(shè)備性能的加強(qiáng)也為諧波算法的精度和算法的實(shí)時(shí)性的提高提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)前打造堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)已成為全球趨勢(shì)，而電力系統(tǒng)諧波的算法日益智能化、高性能化也正是順應(yīng)這一趨勢(shì)的發(fā)展模式。目前我們?nèi)匀恍枰匾曤娏ο到y(tǒng)的諧波治理，降低諧波所帶來(lái)的危害，確保我國(guó)電網(wǎng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

6.結(jié)語(yǔ)

諧波測(cè)量算法的完善改進(jìn)和諧波分析方法的研究對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。因此，當(dāng)前人們的研究方向仍是建立更為完善的分析理論，并將理論應(yīng)用于諧波的測(cè)量值，使得測(cè)量更為精準(zhǔn)，進(jìn)一步提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)的可靠性。

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作者簡(jiǎn)介：肖茜（1993.11-），女，漢族，湖北武漢市人，武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程專業(yè)碩士研究生，主要研究方向：智能電氣設(shè)備。

（作者單位：武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院）