電網(wǎng)中諧波電流檢測方法

文/張春龍

近年來，我國電網(wǎng)工程建設(shè)不斷完善，為我國居民的電力資源供應(yīng)提供了保障，更為我國電力事業(yè)發(fā)展提供了保障。但是在電網(wǎng)工程中，常會由于諧波電流的產(chǎn)生給電網(wǎng)工程以及電網(wǎng)輸配電的穩(wěn)定性帶來了巨大影響，給電力企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失和工作難度，因此對諧波電流的檢測是當(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)中諧波電流的來源分析

電網(wǎng)中諧波電流的來源是呈現(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)等四個方面的來源。

1.1 電網(wǎng)中發(fā)電源質(zhì)量問題導(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)電機的三相繞組以及鐵心很難實現(xiàn)完全均勻，因此會導(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，在進行電流電壓轉(zhuǎn)化時，常會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，在使用過程中都會導(dǎo)致電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生了，對電網(wǎng)工程的運行安全帶來嚴重的不利影響。

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)生的主要來源之一，其原理是因為發(fā)電機的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的電測場并不是完善的正弦波，發(fā)電機發(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)子在以下幾個方面：

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

線損問題是電網(wǎng)系統(tǒng)在電力資源輸配時必然發(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)生會導(dǎo)致電網(wǎng)線損問題加劇，不僅會降低電網(wǎng)工程的使用壽命，也會導(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)濟收益，給電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來嚴重的不利影響。

2.2 電網(wǎng)中的諧波電流會影響電力計量的精準性

電力計量是電力企業(yè)重要的工作內(nèi)容之一，對于電力企業(yè)的經(jīng)濟效益有著重要影響，直接關(guān)系到了電力企業(yè)的經(jīng)濟收益和發(fā)展穩(wěn)定性。而一旦電網(wǎng)中諧波電流的產(chǎn)生，就會對電網(wǎng)的電力計量設(shè)備產(chǎn)生嚴重的不利影響，導(dǎo)致電力計量的精準性下降，給電力企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。

2.3 電網(wǎng)中的諧波電流會導(dǎo)致電網(wǎng)中精密電子設(shè)備的運行穩(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，就會使精密電子設(shè)備的運行穩(wěn)定性收到嚴重干擾，甚至諧波電流過大會導(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)定性帶來嚴重的影響。

2.4 電網(wǎng)中的諧波電流會導(dǎo)致電網(wǎng)運行的溫升增加

電網(wǎng)在進行電力資源輸送時，溫升問題具有重大影響，一旦溫升增加，就會給電網(wǎng)中的各個環(huán)節(jié)帶來巨大的溫度壓力，甚至一旦溫升過高，就會是電網(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)工程帶來嚴重的不利影響。與此同時，電力資源輸送的風(fēng)險性也會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)展帶來嚴重的安全隱患。

2.5 電網(wǎng)中的諧波電流會導(dǎo)致機電保護裝置出現(xiàn)誤動或者拒動的情況，給電網(wǎng)工程的運行安全性帶來不利影響

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

2.6 電網(wǎng)中的諧波電流會對附近的通信信號造成影響

通信信號在傳統(tǒng)過程中，對電磁輻射的地域能力相對較弱，尤其是在電網(wǎng)中電磁場波動的情況下更是如此。而電網(wǎng)中出現(xiàn)諧波電流的時候，就會是電網(wǎng)中電磁場產(chǎn)生波動，進而對周邊的通信信號帶來電磁影響，導(dǎo)致通信信號的質(zhì)量下降，影響通信信號的穩(wěn)定性。

3 電網(wǎng)中諧波電流的檢測方法

電網(wǎng)中諧波電流檢測作為電力企業(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)工程在進行電力資源輸送過程中的穩(wěn)定性和安全性，因此必須采用科學(xué)化的檢測方法，對電網(wǎng)中的諧波電流進行檢測，為電網(wǎng)運維工作開展提供精準的檢測數(shù)據(jù)支持。

3.1 傅里葉變換檢測法

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

3.2 瞬時無功功率理論檢測法

瞬時無功功率理論是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，通過理論之中對瞬時實功率P以及瞬時虛功率Q運用，建立瞬時有功電流以及瞬時無功電流，就能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)工程中諧波電流的檢測。瞬時無功功率理論檢測方法具有較高的檢測精準度，并且其檢測時效性較較為優(yōu)越，并且在檢測過程中不會受到電網(wǎng)中電壓的影響。但是這種方式進行諧波電流檢測時，對電網(wǎng)系統(tǒng)的硬件要求較為嚴格，檢測的花費成本也較為高昂。

3.3 小波分析檢測法

小波分析檢測法是以小波理論為基礎(chǔ)的，具有較好的時域和頻域局部化性質(zhì)，將電網(wǎng)中特定時間頻率的數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行頻譜信號分解，通過小波變換的理論進行基波電流的計算，然后實現(xiàn)對電網(wǎng)中諧波電流的檢測。小波分析檢測法的諧波電流檢測速度較快，并且其檢測實效性也較高，能夠?qū)崿F(xiàn)對諧波電流的快速檢測，進而提升檢測的效率，推動電力企業(yè)電網(wǎng)中諧波電流檢測工作的發(fā)展。

3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波檢測法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波檢測法是一種新型檢測方式，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)，進而組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運用。在進行電網(wǎng)中諧波電流檢測時，通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的訓(xùn)練，能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)中諧波電流的檢測與計算。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波檢測方法的算法延遲較小，因此在電網(wǎng)中諧波電流檢測時，不僅能夠提升檢測過程的收斂速度，更能夠提升檢測結(jié)果的精準性。但是由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波檢測法還處于起步階段，進行該檢測方法運用時，還需要通過大量的訓(xùn)練樣本進行完善，以保證電網(wǎng)諧波電流檢測的精準性。

3.5 自適應(yīng)諧波檢測法

自適應(yīng)諧波檢測法的原理就是通過信號處理的自適應(yīng)干擾對消，通過電壓作為參考進行輸入操作，以電網(wǎng)中的負載電流系統(tǒng)作為原始輸入，然后通過抵消的方式，實現(xiàn)對負載電流中的抵消掉與電壓波形相同的分量，進而實現(xiàn)對諧波電流的檢測。通過自適應(yīng)諧波電流檢測法，能夠在電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生電壓畸變的時候?qū)﹄娋W(wǎng)系統(tǒng)進行諧波電流檢測，并仍能夠保持住相對較好的自適應(yīng)能力，并且自適應(yīng)諧波檢測法的檢測計算量較小，誤差發(fā)生幾率較低，能夠保證檢測精確度，但是也存在著電網(wǎng)中諧波電流檢測反應(yīng)速度較慢的現(xiàn)實問題，導(dǎo)致檢測工作的時效性下降。

4 結(jié)論

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