淺談電力系統諧波檢測現狀及發展

摘要：隨著電力技術的發展，大量分布式電源的投入使用致使電網中的諧波分量嚴重影響了電能質量和電網的可靠性，因此諧波的測量非常重要。本文對電力系統諧波檢測的現狀及發展進行了分析探討。

關鍵詞：電力系統；諧波檢測；現狀及發展

當前電力系統中大量非線性、強耦合負載的投入使用使得諧波問題變得日益嚴重，電力系統的諧波主要是由于電能在輸送過程中受到各種環境因素的影響而引發的到達用戶的電能波形的失真而產生的。失真的波形不再具有周期性的特性，且單位時間內完成周期性改變的次數也不再固定。諧波分為諧波和間諧波，其中諧波在單位時間內完成周期性改變的次數為基波的整數倍，而間諧波與基波頻率則不具備整數關系。由于諧波和間諧波造成的電力系統的電能污染在生活中普遍存在，嚴重影響了用電設備、變電站和電力系統載波通訊等設備的正常使用，是電力行業已不得不面對的一個重要問題，同時它也對電力系統的安全經濟運行造成了不可忽視的損失。

1.基于模擬濾波檢測法

基于模擬濾波器檢測諧波的原理是利用濾波器濾掉無關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，并且通過衰減基頻分量從而達到濾波的目的，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，然后通過基本集成運放電路與電能信號相減，從而得到諧波分量。這種算法只需要通過濾波器濾波來進行操作因此十分簡單，并且其結構也相對簡單，然而通過濾波的方法造成的誤差也比較大。因為濾波器很容易受到干擾而使得其性能不精確，同時電能的輸送非常容易受到環境的影響因此這種算法逐漸被替代。

2.基于瞬時無功功率的諧波檢測方法

瞬時無功功率檢測方法原理來自于1983年被日本學家H.Akagi提出的三相電路瞬時無功功率理論，而后研究者在此基礎上提出了基于瞬時無功功率的檢測算法，通常該算法可以通過加裝光源濾波器或有源濾波器實現。而相對來說有源電力濾波器的應用較多，其可以通過動態抑制諧波并補償無功來檢測出電能中的諧波分量和不對稱分量，由于有源濾波器響應快速，因此能有效的檢測出諧波。然而，這種方法非常昂貴，并且不能分別獲得每個諧波的特定幅值、頻率和相位。在進行諧波檢測時，需要根據條件進行多次坐標變換，對CPU的要求很高，計算量也非常大。

3.基于神經網絡的諧波檢測方法

該檢測方法是一種跨學科檢測算法，它借鑒了生物學領域的相關理論，基于神經網絡的檢測方法主要為有線性神經網絡檢測法和BP神經網絡檢測法，其基本原理就是不斷的調整加權值來減小誤差并將誤差進行反向傳播，直到誤差在要求的范圍內并得到諧波信號。神經網絡因為其非線性良好、自主學習和精度高的特點，同時還具備并行處理能力，近年來廣泛用于各個領域。神經網絡算法在電力系統的應用主要集中在對電網的故障診斷。當電網發生故障時，將故障產生的信息傳輸到神經網絡中，通過神經網絡中的樣本庫的選擇對比將診斷結果作為輸出量輸送出來。然而這種方法的應用程序需要大量的樣本作為支撐，相對應的計算時間也會更長，因此在實際中應用的也不多。

4.基于小波變換的諧波檢測算法

基于小波變換的諧波檢測算法是將無限長的三角函數基波通過變換成為許多有限長的會衰減的小波基波，然后對每項小波的參變量進行重構，因此它可以很好的重建信號細節。基于小波變換的諧波檢測算法能夠通過變換突出問題在一些方面的特征，具有良好的靈活性。它通過在一個平面上將所有的信號序列點按照某個方向做相同距離的移動伸展與收縮來進行細化處理，使高頻信號分量在時域內精細劃分，而低頻信號在頻域內進行精細劃分，能夠實現分析時域和頻域的細節。然而，在穩態諧波信號的檢測中，該方法并不理想，重建精度不高，并且頻率混疊。雖然小波變換能夠對信號的時域和頻域進行很好的分析和處理，然而沒有適合分析諧波的小波函數會導致低頻部分的分解計算量巨大，因此找到一個合適的小波基函數是一個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方法

基于傅里葉變換的諧波檢測方法是目前被廣泛使用的一種方法。其原理是通過把采樣序列從時間領域變到頻率領域的方法來研究采樣序列的規律。離散傅里葉變換（DFT）是進行信號分析最基本的方法，它表示的是傅里葉變換在時域和頻域信號都呈現離散的形式。快速傅里葉變換（FFT）是高效計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算次數，并且采樣點數越多，計算越簡便。由于電力系統的頻率受各種因素干擾使得它們在一定的范圍內波動，而采樣要求采樣頻率與實際運行的頻率保持固定的比例關系，所以難以實現跟蹤采樣的精確性，因此在非同步采樣或非整數采樣時會產生頻譜泄漏、柵欄效應等誤差，使得傅里葉變換在電能領域的應用具有局限性。而在FFT的基礎上通過加窗插值或者雙譜線校正等方法能夠提高檢測的精度，為諧波分析提供較為準確的估計值。

隨著科技發展日新月異，電力系統的諧波檢測技術也得到了不斷地改進和完善，同時硬件設備性能的加強也為諧波算法的精度和算法的實時性的提高提供了堅實的基礎。當前打造堅強的智能電網已成為全球趨勢，而電力系統諧波的算法日益智能化、高性能化也正是順應這一趨勢的發展模式。目前我們仍然需要重視電力系統的諧波治理，降低諧波所帶來的危害，確保我國電網更加穩定的運行。

6.結語

諧波測量算法的完善改進和諧波分析方法的研究對于電力系統的安全穩定運行至關重要。因此，當前人們的研究方向仍是建立更為完善的分析理論，并將理論應用于諧波的測量值，使得測量更為精準，進一步提高電能質量和電網的可靠性。

參考文獻

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作者簡介：肖茜（1993.11-），女，漢族，湖北武漢市人，武漢理工大學自動化學院電氣工程專業碩士研究生，主要研究方向：智能電氣設備。

（作者單位：武漢理工大學自動化學院）