基于均值濾波的電力系統(tǒng)諧波自動化檢測方法及抑制技術

[摘 要]諧波的產生會降低電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，縮短設備的使用壽命，嚴重時還可能威脅人們的生命財產安全。文章旨在探討基于均值濾波的電力系統(tǒng)諧波自動化檢測方法。實現均值濾波技術的有效運用，能夠合理規(guī)避信號傳輸過程中產生的噪聲，全面提升諧波檢測的即時性和正確率。研究表明，在不同的噪聲環(huán)境中，該技術均有良好的性能，有利于實現電力系統(tǒng)濾波的全面管理。在復雜的電力環(huán)境中，準確地檢測出諧波成分的同時，為電力系統(tǒng)的諧波治理提供了有力支持。

[關鍵詞]均值濾波；電力系統(tǒng)；自動化檢測

[中圖分類號]TM935 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0141–03

Automatic Detection Method and Suppression Technology of Power System Harmonics Based on Mean Filtering

TAO Ran

[Abstract]The generation of harmonics will reduce the stability of power system operation， shorten the service life of equipment， and may threaten people’s life and property safety in serious cases. The aim of this paper is to explore an automatic harmonic detection method of power system based on mean filtering. The effective application of mean filtering technology can reasonably avoid the noise generated in the signal transmission process， and comprehensively improve the immediacy and accuracy of harmonic detection. The research shows that the technology has good performance in different noise environments and is conducive to the overall management of power system filtering. In the complex electric power environment， the accurate detection of harmonic components provides favorable support for harmonic control of power system.

[Keywords]mean filtering； power system； automated detection

1 電力系統(tǒng)諧波

電力系統(tǒng)中的諧波劃分為穩(wěn)定性諧波和暫態(tài)性諧波。當系統(tǒng)內部存在大批量的非線性電荷時，衍生出的諧波即為穩(wěn)定諧波。反之，在電氣裝置開關閉合和斷開時，衍生出的諧波即為暫態(tài)諧波。

諧波對整個電網和用戶的影響如下：①干擾電氣裝置的穩(wěn)定運行，致使其產生異響。②受諧波影響，電力系統(tǒng)內時常存在諧振現象，若未能及時處理，損壞系統(tǒng)內部的各類重要設備。③提升各類裝置和線路的電能消耗量，導致裝置和管線溫度過高。④由諧波衍生出的電磁波會干擾附近通信線路信息和數據的互傳和轉換。

2 電力系統(tǒng)諧波自動化檢測方法

2.1 諧波信號獲取

一般情況下，在對電力系統(tǒng)進行諧波檢測時，極易導致系統(tǒng)內部的電波變形。為此，應借助專業(yè)的手段，實現諧波信號的有效獲取?？山柚盗⑷~轉換技術實現系統(tǒng)內部三相電流的深度轉換，以此強化取樣的精準度。電力系統(tǒng)中存在的兩種電流在兩相坐標中存在一定的必然聯(lián)系，能夠和三相電壓相互呼應。在對電力系統(tǒng)諧波進行自動化檢測時，應結合當前的實際情況，在線路中安置前置濾波裝置，并借助該設備截取電路系統(tǒng)中可能存在的隱性諧波。完成上述操作后，還需應用采樣設備，收錄對應的電流信號。

在電力系統(tǒng)的運行過程中，對諧波信號進行取樣處理的主要目的在于獲取滿足要求的諧波。為確保獲取的諧波不存在交疊問題，取樣的頻次應控制在合理的區(qū)間內。通過應用小波分析法，可以在不同的范圍內捕獲滿足要求的分辨率，并借助伸縮性函數實現信號的精確分析，賦予其強大的檢測屬性。在檢測諧波時，應用小波變化技術將處于變動狀態(tài)的諧波信號更加直觀地呈現在函數坐標系中，同時把信號轉變成對應參數。完成上述操作后，使其與對應的乘法融合至一處，便可對諧波進行實時追蹤。

在檢測電力系統(tǒng)諧波時，需注意以下環(huán)節(jié)：①基頻不應為整數。在非取樣狀態(tài)，實時信號中的各個諧波無法準確置于對應的點位上，可能會處于分辨率范圍內。為實現既定的檢測目標，可以借助無線傳感器網絡對系統(tǒng)內的電壓和電流進行分權處理。同時，還應利用無線傳感器網絡的主體特征，縮減頻譜遺留等風險問題出現的概率，并對其進行校對和精準解析，確保系統(tǒng)中的諧波數值滿足要求。此外，在諧波信號取樣的過程中，應同步獲取兩段信號。設初次取樣的頻段為a，取樣時間期限為m，在周期中的取樣點數為h，二次取樣的頻次為a1，時間為m1。假如函數坐標系中的相角角度和信號幅度未知，此時系統(tǒng)應根據其中的已知信息，對電力系統(tǒng)中三相電流的信號頻段進行修正，即應采取必要措施，確保初次采樣和二次采樣的頻段相同。

反之，在既定的時間期限內，若將電力系統(tǒng)諧波信號頻次視為b，即時和最高頻率均為b1。若基波頻譜不存在交疊現象，此時二次采樣的最低頻次應為b=（b1+1+h）b。借助相關數式獲取電力系統(tǒng)諧波信號重復取樣的頻次，并根據運算出的具體數值，向裝置中錄入指定的數值。二次取樣的目標通常包含電力系統(tǒng)中的兩類常見電流。完成上述操作后，設備便會自動將信號傳輸到移動終端，以便為日后的數據處理和諧波獲取打下堅實基礎。

2.2 諧波自動化檢測

在電力系統(tǒng)諧波自動化檢測階段，應采用合理的方式，將前期獲取到的諧波信號錄入系統(tǒng)，以獲取對應的檢測數值。

源自整流器的諧波參數最低值和輸出脈波數值呈正比。改變輸出脈波數值能夠抵消對應的低頻諧波。另外，伴隨著諧波頻次上升，諧波幅值也會發(fā)生相應變化。由此可見，在相同的時間期限內，輸出脈波量越高，波形的穩(wěn)定性越高。值得注意的是，該手段在現階段依然處于萌芽階段，研究所需的資金投入量較高，效果通常無法滿足預期，需依靠功率較大的機械設備。

3.2 被動式抑制

3.2.1 混合型裝置

使用混合型裝置對電力系統(tǒng)進行整流處理，既能最大限度降低交流諧波的生成量，更能抑制源自直流電壓的諧波。同時，在運用相關技術的過程中，可以同步將多組不同形式的逆變電流合二為一，抵消低頻諧波，確保輸出波譜始終處于穩(wěn)定模式。此外，在實際的操作階段，電路擴容和管控法運用的難度系數更高。如圖1所示，在大容量電力系統(tǒng)中，多重化技術也同樣適用。

有源濾波裝置可以規(guī)避無源設備造成的濾波影響，但是受各類外界因素限制，依然無法替代無源濾波器。為從根本上規(guī)避相關風險，應借助合理的手段，實現二者的有機融合，衍生出全新的濾波裝置。通常，混合式濾波設備的合成方式多種多樣。在實際的操作過程中，可以采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式，將有源濾波設備、無源濾波器同時并入電網。實踐表明，混合式有源濾波設備的發(fā)展勢頭穩(wěn)中向好。

3.2.2 無源濾波器

如圖2所示，無源濾波器作為電力系統(tǒng)中較為常用的濾波設備，其應用需要借助電感裝置的效用、電容器的主觀反應、電感和電容的諧振效應。例如，適度調整電感和電容的數值，確保其在特定的狀態(tài)下出現諧振效用，以此抵御系統(tǒng)中存在的諧波。當前，市面上常見的無源濾波器包括單調與雙調諧濾波設備、高通濾波裝置。

對于某類特定諧波，單調諧濾設備較為適用。反之，要在同一時間段清除兩段不同頻級的諧波，應優(yōu)先使用雙調諧濾裝置。同時，應用該設備時，所需的成本投入量相對較低，不易出現較大的基波消耗。使用高通濾波裝置，可以在某種特定的情況下，幫助對應的諧波降低抗性，可以同步捕獲大多數諧波，應用范圍較大。實踐表明，架構簡便、資金儲備量低、穩(wěn)定性高是無源濾波器具備的顯著優(yōu)勢。但是，由于其占地面積較大、能量損耗高，只適用于幾類頻譜。

3.2.3 有源濾波器

有源濾波器指的是同步兼顧諧波規(guī)避和無功補償的一類智能化裝置。由于植入模式存在較大差異，還可以將其劃分為并聯(lián)式、串聯(lián)式、綜合式濾波器。現階段，市面上較為常見的有源濾波器呈并聯(lián)模式。在實際的應用過程中，既能在監(jiān)測電流的同時彌補電量虧損，又能達成動態(tài)補償的目的。反之，補償電流與系統(tǒng)原有的諧波電流方向不同，將其置入到電力系統(tǒng)后，能夠有效移除其中存在的諧波，實現既定目標。

基于均值濾波的電力系統(tǒng)諧波自動化檢測方法旨在準確、快速地檢測出電力系統(tǒng)中的諧波成分。該方法主要依賴于均值濾波技術，通過重采樣和信號處理技術實現諧波的有效檢測。其具體步驟如下：①采用重采樣方法收集電力系統(tǒng)中的諧波信號，確定適當的采樣頻率以避免頻譜混疊。②應用均值濾波技術對信號進行預處理，濾除基波分量，突出諧波特征。均值濾波通過計算目標像素及其周圍像素的平均值來替代原像素值，從而有效抑制噪聲，提高諧波檢測的準確性。③濾除基波分量后，通過檢測無功分量與有功分量瞬時頻譜中主頻率點處的削度值，可以判斷電力系統(tǒng)中是否存在諧波。如果存在諧波，則根據基波分量與幅值計算出諧波的具體幅值，并確定諧波的起止時間。該方法具有自動化程度高、檢測精度高等優(yōu)點。

通過實驗驗證，基于均值濾波的電力系統(tǒng)諧波自動化檢測方法相較于傳統(tǒng)方法具有更小的檢測誤差，能夠更準確地反映電力系統(tǒng)中諧波的真實情況。因此，該方法在電力系統(tǒng)諧波檢測領域具有廣泛的應用前景。

4 結束語

通過全面解析和推理論證，成功研制出一類基于均值濾波的電力系統(tǒng)諧波自動化檢測方法。在電力信號的處理過程中，需要借助均值濾波算法移除線路中存在的噪聲，確保在后續(xù)的諧波檢測時能夠獲取純度更高的信號。

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