基于嵌入式系統的電力諧波檢測技術應用研究

□張萬里

隨著社會經濟的高速發展，電力系統成為推動經濟發展的主要動力，但在使用過程中，出現了嚴重的諧波問題，直接影響了電能的質量和用電設備的安全。電力諧波檢測作為分析諧波源和治理諧波的關鍵步驟，能夠合理有效地治理諧波，保證電力系統安全經濟運行。新形勢下，嵌入式系統以其功能強大、成本消耗低等優勢，廣泛應用于電力系統，本文在深入分析嵌入式系統內涵特征以及電力諧波產生與危害的基礎上，對于嵌入式系統的電力諧波檢測技術的應用進行了全面闡述。

一、嵌入式系統概述

嵌入式系統是為了應用于某一特定領域或功能而專門設計的計算機系統，常常被置入受控器件內部。它是以應用為目的，以計算機技術為基礎，系統開發入員根據實際需要進行合理設計，把軟硬件操作系統設計成可裁剪的，從而能夠適應于對功能、成本、體積等方面都有嚴格要求的應用系統。嵌入式系統的實質是一種計算機應用形式，能夠充分把計算機技術、半導體技術和電子技術與不同領域相結合，因此是一個集技術與資金于一身，高度分散且需要不斷創新的知識集成系統，可以運用于實時的和多任務的系統。在電力系統的實際運行中，每個嵌入式系統就是一個計算機軟硬件的集合體，這個集合體具有特定的用途，其中嵌入式處理器和嵌入式操作系統分別是硬軟件的核心部件。

二、電力諧波的產生與危害

諧波就是電力系統中的非正弦波電壓。當電流流經非線性負載時，常常會與所加的電壓呈現非線性關系，這就導致了電路中出現諧波。在電力系統中，非線性負載是諧波產生的根本原因，往往會影響電能的質量和用電設備的安全。

(一)電力諧波產生的原因。

1．用電技術方面的因素。社會經濟的不斷發展，提高了人們的節能意識，促進了電力電子技術的廣泛運用，人們在社會的許多領域采用了大量高效用電的新型非線性負載，這些新型非線性負載大都是以非正弦波電壓方式進行用電，它們的廣泛運用常常會引發諧波問題，成為當今電力諧波產生的最主要因素。

2．發電技術方面的因素。隨著社會對能源需求日益增加，人類將會面臨著能源耗盡的危險，能源開發應積極轉向清潔和無污染的新能源開發。在電力生產中，人們開始利用清潔無污染的可再生能源進行發電，而這些新型能源多采用非正弦、非工頻的方式供電，傳統公用電網為了接納新型能源，常采用電力電子變頻裝置進行電源轉換，從而實現不同頻率的電源的同步運行，但是在轉換過程中，變頻裝置會產生一些諧波。

(二)電力諧波的危害性。電力諧波作為一種污染，對電力系統產生十分嚴重的危害，直接影響到電力系統的安全穩定運行。

1．降低設備的利用率和電能的質量。在電力系統中，一方面諧波電流會在電能的產生與輸送過程中，不斷地增加網損，使輸電線路的電能損耗增加，降低電能傳輸的效率和速度，另一方面新型非線性負載的間斷性用電方式也能夠降低電源電壓的工作效能。同時，諧波電流在輸電線路中常常會引起畸變壓降，降低了電能的質量。

2．影響用電設備的正常運行。電力系統中的電氣設備是根據工頻、正弦電流的用電方式進行設計的，諧波電流的產生對于用電設備的最佳工作狀態產生重大影響。一方面電力系統中的諧波會對顯示器屏幕的顯示效果產生影響，也會因為用電設備內元件出現過熱現象，從而降低了使用壽命。同時，諧波會使調速裝置的變速控制出現故障，從而影響了用電設備的安全正常運行。

三、基于嵌入式系統的電力諧波檢測現狀分析

基于嵌入式系統的電力諧波檢測在電力系統的運行中發揮了重要作用。電力諧波檢測能夠對諧波源的諧波產生情況進行準確定性，為諧波治理工作的開展提供科學依據。在具體的運行過程中，諧波檢測是通過定期或不定期的方式進行，能夠全面地掌控電力諧波水平，確保用戶設備安全、穩定、高效、經濟運行;同時，當諧波問題發生時，諧波檢測能夠為事后諧波的治理工作提供決策性的幫助。但是，在實際的電力諧波檢測過程中，仍然存在著諸多方面的不足，具體表現在如下幾個方面:

(一)電力系統諧波污染嚴重。現代電力電工技術不斷發展，促使電力系統已經成為了社會發展的重要組成部分。一方面，隨著社會經濟的高速發展，社會各行業廣泛地運用大量的變頻器和大功率的直流電源，這就導致了諧波問題的產生，其危害性非常大。另一方面，隨著諧波問題的不斷出現而又得不到合理有效的治理，這樣諧波就會給用電設備造成嚴重的損害，影響了用電設備的正常運行和使用壽命。這一切就明確表明電力系統諧波問題不僅沒有得到有效治理，而且發展現狀令人擔憂。

(二)有源濾波器成本較高，很難進行全面推廣。有源濾波器是現階段能夠有效地提升電能質量和降低諧波危害的一種重要手段，但是，有源濾波器都是采用進口的方式，成本費用較高，很難進行全面推廣;除此之外，有源濾波器在使用的過程中，對于操作技術標準具有較為嚴格的要求并且程序非常繁瑣，這就更加難以進行廣泛性推廣。同時，相對于當今電力系統發展來說，有源濾波器在實際使用過程中還需要不斷地優化和升級。

四、基于嵌入式系統的電力諧波檢測技術

諧波檢測能夠有效地分析諧波源，也能為諧波的治理提供重要依據。但是，由于諧波的出現顯得無規律可循，隨機性、非線性很強，需要在嵌入式系統的基礎上，積極探討電力諧波檢測技術。

(一)利用模擬濾波器進行檢測。模擬濾波器檢測是諧波檢測的重要方式，也是較早使用的檢測手段。模擬濾波器的工作原理是利用帶組濾波器進行諧波檢測，其操作過程簡單、檢測成本低，能有效屏蔽電網中的諧波。但是該方法也存在致命的缺點，表現在方法陳舊、誤差較大。因此，這種檢測手段的實用性不強，應用性不足，沒有得到廣泛的認可。

(二)利用無功率原理進行檢測。利用無功率原理進行檢測，是諧波檢測的重要方法，這種方法最大的優點是可以得到準確的檢測數據，其工作原理是利用三相電路和電力濾波器對電路電量傳輸過程中的瞬間來進行諧波檢測，利用這種檢測手段得到的檢測數據較為準確，具有一定的實用性。但是該種方法的準確性很高，能準確檢測出諧波值。但是也存在不足的地方，主要是檢測過程繁瑣、費用較高，可操作性不強。

總之，基于嵌入式系統的電力諧波檢測技術能夠積極地控制和治理諧波問題，是電力系統安全穩定發展的重要保障。新形勢下，要積極運用現代科學技術，基于嵌入式系統的基礎上，不斷創新與發展諧波檢測技術，使之向著多元化方向發展，從而能夠有效地解決電力系統中的諧波問題。

［1］王熾．電力諧波檢測研究與應用進展［J］．電子科技，2013

［2］董新彪．電力系統諧波檢測方法的研究［J］．科學實踐，2012