電力系統(tǒng)諧波測量方法綜述

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1、電力系統(tǒng)諧波測量方法綜述

2、第1肖雁鴻,毛筱，周靖林，姜會霞，彭永進(jìn)湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院　　摘要：諧波測量在電力系統(tǒng)中占有重要的地位和作用。根據(jù)電力系統(tǒng)諧波測量的基本要求，概述了電力系統(tǒng)諧波測量的硬件實現(xiàn)，并對應(yīng)用于諧波測量的方法進(jìn)行了分析和評述。最后對電力系統(tǒng)的諧波測量的發(fā)展趨勢提出了看法?！　￡P(guān)鍵詞：諧波測量；快速傅立葉變換；瞬時無功功率；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；小波分析1引言　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置帶來的諧波問題對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，給周圍電氣環(huán)境帶來了極大影響。諧波被認(rèn)為是電網(wǎng)的一大公害

3、，同時也阻礙了電力電子技術(shù)的發(fā)展。因此，對電力系統(tǒng)諧波問題的研究已被人們逐漸重視。諧波問題涉及面很廣，包括對畸變波形的分析方法、諧波源分析、電網(wǎng)諧波潮流計算、諧波補(bǔ)償和抑制、諧波限制標(biāo)準(zhǔn)以及諧波測量及在諧波情況下對各種電氣量的測量方法等。諧波測量是諧波問題中的一個重要分支，也是研究分析諧波問題的出發(fā)點(diǎn)[1]和主要依據(jù)。諧波測量的主要作用有[2,3]：①鑒定實際電力系統(tǒng)及諧波源用戶的諧波水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，包括對所有諧波源用戶的設(shè)備投運(yùn)時的測量。②電氣設(shè)備調(diào)試、投運(yùn)時的諧波測量，以確保設(shè)備投運(yùn)后電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)

4、行。③諧波故障或異常原因的測量。④諧波專題測試，如諧波阻抗、諧波潮流、諧波諧振和放大等?！　∮捎谥C波具有固有的非線性、隨機(jī)性、分布性、非平穩(wěn)性和影響因素的復(fù)雜性等特征，難以對諧波進(jìn)行準(zhǔn)確測量，為此許多學(xué)者對諧波測量問題進(jìn)行廣泛研究。本文論述了電力系統(tǒng)諧波測量的基本要求和諧波測量裝置，并對諧波測量方法進(jìn)行了綜述。2電力系統(tǒng)諧波測量的基本要求　　（1）諧波測量方法和數(shù)據(jù)處理必須遵照1993年國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549—93，即《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》。　?。?）精度要求。為達(dá)到減少誤差和精確測量的目的，須制定一些測量精度，

5、以表示抗御噪聲、雜波等非特征信號分量的能力。　?。?）速度要求。要求具有較快的動態(tài)跟蹤能力，測量時滯性小?！　。?）魯棒性好。在電力系統(tǒng)的正常、異常運(yùn)行情況下都能測出諧波?！　。?）實踐代價小。此項要求往往與上述要求相沖突，在實踐中應(yīng)酌情考慮，在達(dá)到應(yīng)用要求的前提下，應(yīng)力求獲得較高的性能價格比。3諧波測量的硬件及其測試　　實際的諧波測量裝置因應(yīng)用的時期、場合和要求的不同而形式各異。按測量功能分類，可分為頻譜分析儀和諧波分析儀。按測量原理分類，可分為模擬式和數(shù)字式測量儀器。按測量功用分類，可分為諧波分析儀和諧波監(jiān)測儀。頻譜分析

6、儀提供諧波的頻譜分布特性，諧波監(jiān)測儀提供諧波成分的變化情況，諧波分析儀提供電壓諧波、電流諧波畸變率及每次諧波含量等。為諧波分析評估和治理提供依據(jù)，除上述儀器外，還有諧波功率流向計和諧波阻抗測量計等專用儀器?？傊?，諧波測量裝置經(jīng)歷了從早期的模擬、數(shù)字電路模塊，到目前廣泛使用的單片機(jī)、工控機(jī)、DSP等發(fā)展過程。諧波測量裝置的開發(fā)過程包括算法理論設(shè)計、仿真調(diào)試、程序固化和動態(tài)模擬或現(xiàn)場測試等過程。4電力系統(tǒng)諧波測量的主要方法4.1采用模擬帶通或帶阻濾波器測量諧波　　最早的諧波測量是采用模擬濾波器實現(xiàn)的。圖1為模擬并行濾波式諧波測量

7、裝置框圖[2]。由圖可見，輸入信號經(jīng)放大后送入一組并行聯(lián)結(jié)的帶通濾波器，濾波器的中心頻率f1、f2、…、fn是固定的，為工頻的整數(shù)倍，且f1<f2<…

8、量大，運(yùn)行損耗也大。4.2基于傅立葉變換的諧波測量　　基于傅立葉變換的諧波測量是當(dāng)今應(yīng)用最多也是最廣泛的一種方法。它由離散傅立葉變換過渡到快速傅立葉變換的基本原理構(gòu)成。使用此方法測量諧波，精度較高，功能較多，使用方便。其缺點(diǎn)是需要一定時間的電流值，且需進(jìn)行2次變換，計算量大，計算時間長，從而使得檢測時間較長，檢測結(jié)果實時性較差。而且在采樣過程中，當(dāng)信號頻率和采樣頻率不一致時，即當(dāng)式(1)不成立時，使用該方法會產(chǎn)生頻譜泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，使計算出的信號參數(shù)(即頻率、幅值和相位)不準(zhǔn)確，尤其是相位的誤差很大，無法滿足測量精度的要

9、求，因此必須對算法進(jìn)行改進(jìn)?！　∈街蠺0為信號周期；Ts為采樣周期；fs為采樣頻率；f0為信號頻率；L為正整數(shù)。減少頻譜泄漏的方法主要有3種：　　1）利用加窗插值算法對快速傅立葉算法進(jìn)行修正的方法。該方法可減少泄漏，有效地抑制諧波之間的干擾和雜波及噪聲的干擾，從而可以精確測量到各次諧波電壓