配電網(wǎng)諧波檢測方法綜述

張帆行

【摘要】諧波檢測是供電系統(tǒng)可以安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行的重要基礎，也是電力系統(tǒng)分析中的重要工作。本文從檢測精度、速度等方面對現(xiàn)有諧波檢測方法進行了分析，并指出了諧波檢測方法的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】諧波 檢測 FFT

一、引言

自從使用交流輸電作為送電的一種方式起，諧波污染問題隨之產(chǎn)生，對電力系統(tǒng)的影響也愈發(fā)嚴重，長此以往，會對人們正常的生產(chǎn)、工作和生活造成嚴重的影響。因此，諧波治理刻不容緩。

二、諧波檢測方法介紹

2.1 基于傅里葉變換的諧波測量方法

目前基于傅里葉的諧波檢測算法是當今應用最多的一種諧波檢測方法。在實際工程應用中，由于電網(wǎng)的基波頻率存在波動，使得采樣得到離散點的頻譜與信號的理想頻譜不一致。于是，人們便對如何減小頻譜泄露和柵欄現(xiàn)象進行分析，產(chǎn)生了一系列加窗插值的方法。插值的作用是可以消除“柵欄效應”帶來的測量誤差，而加窗則可以減小諧波間的“頻譜泄露”。國內(nèi)外學者提出不同的插值算法，主要包括單譜線插值算法、雙譜線插值算法以及多譜線插值算法，基于CZT的諧波估計算法。由于基于FFT算法的仿真編程簡單，易于嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，因此得到了廣泛的關注與應用，但檢測時需要一定時間段的離散采樣值，運算量很大，且仿真時間較長，實時性檢測效果較差。

2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的諧波測量方法

神經(jīng)網(wǎng)絡主要在短數(shù)據(jù)的電網(wǎng)諧波參數(shù)估計中得到應用，它在電力系統(tǒng)諧波參數(shù)分析中用于兩方面：一種是基于前饋網(wǎng)絡的測量形式，算法的實質(zhì)是首先選擇合適且便于實際應用的訓練測試樣本，然后訓練神經(jīng)網(wǎng)絡的運算加權(quán)值，最后將被分析信號函數(shù)值輸入到已完成訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡中，從末端的輸出部分即可得到被測信號的諧波參數(shù)。另一種是測量方式分別是基于自適應優(yōu)化原理和自適應誤差最小準則。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有的固有特點，當在實際運用中需要被調(diào)節(jié)的參數(shù)有很多的時候，訓練過程中結(jié)果一直處于不收斂狀態(tài)，無法繼續(xù)訓練運算，因此參數(shù)初始值的有效選擇對于諧波檢測結(jié)果的精確度十分關鍵。但基于神經(jīng)網(wǎng)絡的諧波檢測算法測量結(jié)果精度高，抗噪性能好，適合于實時檢測，因此應用空間廣泛。

2.3 基于瞬時無功功率的諧波測量方法

1984年，日本學者赤木文泰等人提出的瞬時無功功率理論，其將Park變換引入瞬時無功功率的計算，核心原理是在三相電路中利用一個變換矩陣把三相電壓、電流瞬時值變換到兩相α-β坐標系中，該理論在有源濾波裝置的研發(fā)應用等方面起了重要的推動作用。在這個理論基礎上諧波檢測方法有兩種：p-q運算方式電流檢測法，i_p-i_q運算方式的電流檢測法。該檢測方法的具有測量電路簡單和測量實時性好等優(yōu)點。

2.4 基于小波變換的諧波測量方法

小波變換所分析的時間一頻率窗口大小是變化的，適用于分析突變信號及不平穩(wěn)信號，可以較為精確地分析信號局部細節(jié)，適用于時變信號的檢測分析。基于小波變換的諧波檢測算法主要包括基于小波包變換算法、復小波變換算法、連續(xù)小波變換算法、MALLAT算法、自適應小波變換法算法以及組合小波變換算法。國內(nèi)學者還針對一些特殊的小波提出了檢測算法。但基于小波變換的諧波檢測算法運算量較大，對環(huán)境要求高，因此在處理器不具有足夠運算速度的前提下，實時性沒有太大優(yōu)勢，但伴隨小波變換理論的發(fā)展、創(chuàng)新和完善，以及小波變換固有優(yōu)勢的存在，必將會在電網(wǎng)諧波信號檢測的過程中發(fā)揮重要作用。

2.5 基于功率譜估計的諧波測量方法

目前國內(nèi)外學者提出的基于功率譜估計的諧波檢測算法主要包括：奇異值分解法，Music算法、Prony算法、Esprit算法和Min-Norm算法等等。Burg算法是應用較多的功率譜估計算法，它的優(yōu)點是頻率分辨率較高、測量結(jié)果穩(wěn)定性好、計算時間短、效率高。但是應用Burg算法處理含有正弦參量的信號時在頻域?qū)⒊霈F(xiàn)譜峰偏移現(xiàn)象，降低了檢測的精度。因此針對Burg算法存在的不足之處，學者們提出了針對Burg算法的改進措施，如改進Burg算法，它是通過推導公式直接求解在預測誤差功率最小情況下的低階AR模型系數(shù)，再遞推得到高階系數(shù)，減小譜峰偏移；以及基于高階累積量改進的Burg自適應算法；基于Marple算法的電力系統(tǒng)諧波譜估計，它的提出是基于Marple算法具有對初始相位值不敏感的特點，使得頻率偏移量較低，并且不出現(xiàn)譜分裂現(xiàn)象，可以對較短的諧波信號進行測量，準確估計頻率信息。

三、結(jié)語

通過對現(xiàn)有諧波檢測方法的分析，給出了各種檢測方法的優(yōu)缺點，伴隨著各種先進技術和理論的發(fā)展，諧波檢測的精度不斷的提高，電網(wǎng)諧波檢測技術將得到更好的發(fā)展及完善。