電網(wǎng)中諧波電流檢測(cè)方法

文/張春龍

近年來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)工程建設(shè)不斷完善，為我國(guó)居民的電力資源供應(yīng)提供了保障，更為我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展提供了保障。但是在電網(wǎng)工程中，常會(huì)由于諧波電流的產(chǎn)生給電網(wǎng)工程以及電網(wǎng)輸配電的穩(wěn)定性帶來(lái)了巨大影響，給電力企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和工作難度，因此對(duì)諧波電流的檢測(cè)是當(dāng)前電力企業(yè)重要的工作組成部分，直接關(guān)系到了電力企業(yè)電力資源輸送的安全性和穩(wěn)定性。

1 電網(wǎng)中諧波電流的來(lái)源分析

電網(wǎng)中諧波電流的來(lái)源是呈現(xiàn)為多元化的，根據(jù)電網(wǎng)工程的結(jié)構(gòu)整體，電網(wǎng)中諧波電流的來(lái)源主要包括了電源、輸配電系統(tǒng)、用電設(shè)備以及電力系統(tǒng)等四個(gè)方面的來(lái)源。

1.1 電網(wǎng)中發(fā)電源質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的電網(wǎng)諧波產(chǎn)生

發(fā)電源只有保持三相繞組以及鐵心等結(jié)構(gòu)的均勻，才能夠降低諧波電流產(chǎn)生的可能，但是現(xiàn)階段發(fā)電機(jī)的三相繞組以及鐵心很難實(shí)現(xiàn)完全均勻，因此會(huì)導(dǎo)致少量諧波電流的產(chǎn)生。

1.2 電網(wǎng)中輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流

輸配電系統(tǒng)中諧波電流產(chǎn)生的主要結(jié)構(gòu)就是電力變壓器，由于變壓器本身的鐵心結(jié)構(gòu)趨向于飽和，在進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)化時(shí)，常會(huì)受到磁化曲線的非線性影響，是磁化電流出現(xiàn)諧波。

1.3 電網(wǎng)中用電設(shè)備導(dǎo)致的諧波電流產(chǎn)生

電網(wǎng)中用電設(shè)備多樣，不同的用電設(shè)備都會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生，包括電網(wǎng)中的晶閘管整流設(shè)備、變頻裝置、電弧爐以及電力用戶的各種電力設(shè)備及電器設(shè)備等等，在使用過(guò)程中都會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生了，對(duì)電網(wǎng)工程的運(yùn)行安全帶來(lái)嚴(yán)重的不利影響。

1.4 電網(wǎng)中電力系統(tǒng)導(dǎo)致的諧波電流產(chǎn)生

電力系統(tǒng)的核心組成部分就是電氣設(shè)備，也是諧波電流產(chǎn)生的主要來(lái)源之一，其原理是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的電測(cè)場(chǎng)并不是完善的正弦波，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓波形也不可能一直保持正弦波，因此就導(dǎo)致了電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成了不利影響。

2 電網(wǎng)中諧波電流的危害研究

電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)有著重大危害，并且其危害也呈現(xiàn)出多元化的狀態(tài)，電網(wǎng)中諧波電流的危害主要體現(xiàn)子在以下幾個(gè)方面：

2.1 電網(wǎng)中的諧波電流會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的線損加劇

線損問(wèn)題是電網(wǎng)系統(tǒng)在電力資源輸配時(shí)必然發(fā)生的現(xiàn)象，主要是由于電網(wǎng)系統(tǒng)本身的電阻與電流摩擦而產(chǎn)生的。但是電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)線損問(wèn)題加劇，不僅會(huì)降低電網(wǎng)工程的使用壽命，也會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)工程中電力資源損耗增加，影響電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，給電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重的不利影響。

2.2 電網(wǎng)中的諧波電流會(huì)影響電力計(jì)量的精準(zhǔn)性

電力計(jì)量是電力企業(yè)重要的工作內(nèi)容之一，對(duì)于電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著重要影響，直接關(guān)系到了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益和發(fā)展穩(wěn)定性。而一旦電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生，就會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電力計(jì)量設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響，導(dǎo)致電力計(jì)量的精準(zhǔn)性下降，給電力企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 電網(wǎng)中的諧波電流會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中精密電子設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性被干擾

電網(wǎng)中包含了部分精密電子設(shè)備，例如的電子式電能表，而電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生，就會(huì)使精密電子設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性收到嚴(yán)重干擾，甚至諧波電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致精密電子設(shè)備被燒毀的情況發(fā)生，給電網(wǎng)工程的電力資源輸送穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)重的影響。

2.4 電網(wǎng)中的諧波電流會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的溫升增加

電網(wǎng)在進(jìn)行電力資源輸送時(shí)，溫升問(wèn)題具有重大影響，一旦溫升增加，就會(huì)給電網(wǎng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)帶來(lái)巨大的溫度壓力，甚至一旦溫升過(guò)高，就會(huì)是電網(wǎng)中的電力設(shè)備出現(xiàn)損害，甚至出現(xiàn)電容器爆炸的情況，給電網(wǎng)工程帶來(lái)嚴(yán)重的不利影響。與此同時(shí)，電力資源輸送的風(fēng)險(xiǎn)性也會(huì)隨著溫升變化而升高，也容易導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生火災(zāi)事故，給電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

2.5 電網(wǎng)中的諧波電流會(huì)導(dǎo)致機(jī)電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)或者拒動(dòng)的情況，給電網(wǎng)工程的運(yùn)行安全性帶來(lái)不利影響

機(jī)電保護(hù)裝置是電網(wǎng)工程重要的安全保障，其對(duì)故障的預(yù)警精確性直接影響到了電力企業(yè)對(duì)電網(wǎng)工程運(yùn)維工作的開(kāi)展。但是一旦電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生，就會(huì)使繼電保護(hù)裝置受到干擾，造成繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)甚至拒動(dòng)的情況，給電力企業(yè)的電網(wǎng)運(yùn)維工作帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，不利于電網(wǎng)工程的安全性建設(shè)。

2.6 電網(wǎng)中的諧波電流會(huì)對(duì)附近的通信信號(hào)造成影響

通信信號(hào)在傳統(tǒng)過(guò)程中，對(duì)電磁輻射的地域能力相對(duì)較弱，尤其是在電網(wǎng)中電磁場(chǎng)波動(dòng)的情況下更是如此。而電網(wǎng)中出現(xiàn)諧波電流的時(shí)候，就會(huì)是電網(wǎng)中電磁場(chǎng)產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)周邊的通信信號(hào)帶來(lái)電磁影響，導(dǎo)致通信信號(hào)的質(zhì)量下降，影響通信信號(hào)的穩(wěn)定性。

3 電網(wǎng)中諧波電流的檢測(cè)方法

電網(wǎng)中諧波電流檢測(cè)作為電力企業(yè)的重要工作組成部分，直接關(guān)系到了電力企業(yè)電網(wǎng)工程在進(jìn)行電力資源輸送過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性，因此必須采用科學(xué)化的檢測(cè)方法，對(duì)電網(wǎng)中的諧波電流進(jìn)行檢測(cè)，為電網(wǎng)運(yùn)維工作開(kāi)展提供精準(zhǔn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)支持。

3.1 傅里葉變換檢測(cè)法

在現(xiàn)階段的電網(wǎng)中諧波電流檢測(cè)方法中，傅里葉變換檢測(cè)法時(shí)應(yīng)用較為廣泛的諧波電流檢測(cè)方法之一，其原理是由傅里葉變換到快速傅里葉變換為基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中諧波電流的檢測(cè)。傅里葉變換檢測(cè)法具有較高的檢測(cè)精度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)線網(wǎng)中基波和諧波分量進(jìn)行計(jì)算，并且在計(jì)算過(guò)程中受外界環(huán)境影響因素較小。但是，在利用傅里葉變換檢測(cè)法進(jìn)行電網(wǎng)中諧波電流的檢測(cè)時(shí)，需要進(jìn)行兩次的變換操作，諧波電流的檢測(cè)計(jì)算量較大，因此導(dǎo)致了檢測(cè)速度和檢測(cè)時(shí)效性建設(shè)較低，并且由于頻譜泄露以及柵欄效應(yīng)的影響，會(huì)使傅里葉變換檢測(cè)法對(duì)電網(wǎng)中諧波電流的檢測(cè)精度下降。

3.2 瞬時(shí)無(wú)功功率理論檢測(cè)法

瞬時(shí)無(wú)功功率理論是1983年由日本學(xué)者赤木泰文研究出的有關(guān)三相電路的理論體系，通過(guò)理論之中對(duì)瞬時(shí)實(shí)功率P以及瞬時(shí)虛功率Q運(yùn)用，建立瞬時(shí)有功電流以及瞬時(shí)無(wú)功電流，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)工程中諧波電流的檢測(cè)。瞬時(shí)無(wú)功功率理論檢測(cè)方法具有較高的檢測(cè)精準(zhǔn)度，并且其檢測(cè)時(shí)效性較較為優(yōu)越，并且在檢測(cè)過(guò)程中不會(huì)受到電網(wǎng)中電壓的影響。但是這種方式進(jìn)行諧波電流檢測(cè)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的硬件要求較為嚴(yán)格，檢測(cè)的花費(fèi)成本也較為高昂。

3.3 小波分析檢測(cè)法

小波分析檢測(cè)法是以小波理論為基礎(chǔ)的，具有較好的時(shí)域和頻域局部化性質(zhì)，將電網(wǎng)中特定時(shí)間頻率的數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行頻譜信號(hào)分解，通過(guò)小波變換的理論進(jìn)行基波電流的計(jì)算，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中諧波電流的檢測(cè)。小波分析檢測(cè)法的諧波電流檢測(cè)速度較快，并且其檢測(cè)實(shí)效性也較高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)諧波電流的快速檢測(cè)，進(jìn)而提升檢測(cè)的效率，推動(dòng)電力企業(yè)電網(wǎng)中諧波電流檢測(cè)工作的發(fā)展。

3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波檢測(cè)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波檢測(cè)法是一種新型檢測(cè)方式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以物理模式模擬人類的腦組織結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，進(jìn)而組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用。在進(jìn)行電網(wǎng)中諧波電流檢測(cè)時(shí)，通過(guò)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的訓(xùn)練，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中諧波電流的檢測(cè)與計(jì)算。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波檢測(cè)方法的算法延遲較小，因此在電網(wǎng)中諧波電流檢測(cè)時(shí)，不僅能夠提升檢測(cè)過(guò)程的收斂速度，更能夠提升檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。但是由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波檢測(cè)法還處于起步階段，進(jìn)行該檢測(cè)方法運(yùn)用時(shí)，還需要通過(guò)大量的訓(xùn)練樣本進(jìn)行完善，以保證電網(wǎng)諧波電流檢測(cè)的精準(zhǔn)性。

3.5 自適應(yīng)諧波檢測(cè)法

自適應(yīng)諧波檢測(cè)法的原理就是通過(guò)信號(hào)處理的自適應(yīng)干擾對(duì)消，通過(guò)電壓作為參考進(jìn)行輸入操作，以電網(wǎng)中的負(fù)載電流系統(tǒng)作為原始輸入，然后通過(guò)抵消的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流中的抵消掉與電壓波形相同的分量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流的檢測(cè)。通過(guò)自適應(yīng)諧波電流檢測(cè)法，能夠在電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生電壓畸變的時(shí)候?qū)﹄娋W(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行諧波電流檢測(cè)，并仍能夠保持住相對(duì)較好的自適應(yīng)能力，并且自適應(yīng)諧波檢測(cè)法的檢測(cè)計(jì)算量較小，誤差發(fā)生幾率較低，能夠保證檢測(cè)精確度，但是也存在著電網(wǎng)中諧波電流檢測(cè)反應(yīng)速度較慢的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，導(dǎo)致檢測(cè)工作的時(shí)效性下降。

4 結(jié)論

電網(wǎng)中諧波電流檢測(cè)對(duì)于電力企業(yè)電網(wǎng)工程的運(yùn)維工作開(kāi)展具有重要意義，直接關(guān)系到了電網(wǎng)進(jìn)行電力資源輸送的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)于電力企業(yè)發(fā)展有著重要的推動(dòng)意義。