电力系统谐波检测方法及系统设计

电力系统谐波检测方法及系统设计

杜胜富 倪鹏辉

硕能（上海）自动化科技有限公司 上海 201799

摘要:随着我国的经济发展趋势越发迅猛，群众的生活水平也得到了很大的提升，城镇化的范围也在不断扩大，这对于电力电子技术而言既是发展的机遇，也是发展的挑战，目前的电力电子技术已经形成了稳定的研究方向，但是在谐波问题上却仍然无法得到有效的解决措施，由此需要从谐波检测的方式方法作为技术前提进行分析，找到实际检测过程中的技术缺陷以及漏洞所在。

引言：

谐波检测过程中存在的问题明显说明了现有的检测方法可靠性十分有限，这对于电力系统的维护与运行会起到一定程度的负面影响，电力系统的发展应当以稳定性作为底线，在保证不影响群众使用需求以及不会造成城镇经济损失的基础上予以提升，而谐波源处理不当便会提升电力系统出现故障的可能性，为了避免因为谐波检测不规范而导致的风险突发，需要从技术源头对电力系统与谐波之间的关系进行深度了解，了解谐波在电力系统中的产生原因以及负面作用，才能明晰目前谐波检测手段上的技术难点，科学的找到合理的研究方向加以改进。

1. 电力系统与谐波之间的关系

电力系统主要依靠正弦交流电保持供电装置的稳定性，这是因为正弦交流电本身容易创造，成本低，并且电流升降压的控制较为方便，在电力系统处于工作状态下时候，正弦交流电通过电流交换控制电压升降，并且能够始终保持着正弦波所属于的幅值与频率，发生变化的可能性小，其实正弦波在理论方面只要能够稳定形状维持，幅值与频率可以实现完全不变化的技术目的，但是在电力系统的实际使用过程中，系统内部会出现多种形式的谐波，而且数量巨大，谐波会直接影响造成正弦波的形状变化，导致正弦波的幅值与频率在实际过程中无法被维持在一个固定值的平面上。

谐波产生的原因主要有两种方式：

1.谐波主要由电力系统中的配件发电机产出，具体原理在于发电机本身的内部结构特点，为了提供电能，发电机中的绕组与铁芯需要进行共同运作，而在运作过程中，绕组与铁芯无法在功率上保持一个绝对值，实际使用时的发电效果并不匀称，这就会产出细微的电流变化，而发电机工作状态持续较久，不同功率的电流产出就会在系统内部形成谐波，除此之外，发电机自身的质量没有达到使用规范的标准，产生的谐波数量会更多，谐波主要是电流之间形成的电流值，发电机虽然会产出谐波，但是在谐波数量的总体比例上仍然占据较少。

2.电力系统所需要的各种设备都需要通过线路进行连接，用以设备之间的信号传输与电能供给，线路在工作状态下会出现一种非线性负载的情况，包括与其相关的设备电源开关，各种机械设备以及电子元器件，都会被非线性负载的情况所影响，导致其本身的基波电流与基波电压都会出现波形畸变，进而形成数量庞大的谐波，这是一种电子器件的联合运行状态下必然产生的一种物理现象，是目前难以避免的。

二、谐波对电力系统带来的危害

电力系统在运行过程中，其产生的谐波会在电子器件之间形成，这就会增加设备故障的可能性，甚至会直接造成破坏，具体的危害可以分为三方面：

1.谐波会作用于发电机的绕组与铁芯，降低其供电的可靠性，包括电网中必须使用的变频设备，整流设备以及各种变压器等等，在产生非线性负载增加谐波数量的同时，也会在一定程度上对他们的使用情况造成影响。

2.大量的谐波会导致设备无法正常使用，发生较大故障的可能性较低，但是会着重影响到设备的工作参数，这些细微的电流变化会在设备内部影响到设备的功能使用，例如计算机在的屏幕显示功能受到电压波形畸变的影响，图形现象便会出现扭曲、模糊的情况，谐波影响电器部件的方式主要是从内部出发，因为在外部其无法形成高压的电流造成破坏，但是大量谐波的产生会在内部形成电压升降，升降的频率难以控制，高电压下甚至会出现高温烧断线路的故障，从而对其它的电子器件带来不同程度上的破坏关联。

3.除了会影响到设备的正常使用以外，长期处于谐波乱流中的电子器件，其本身的损耗程度也会在无形之中提高，并且伴有不可控的特点，极大的减少电子器件的使用寿命，最终降低他们的工作质量以及产品质量。

三、谐波检测的方式方法应用情况

3.1傅里叶检测方法

离散傅里叶是谐波检测最为常见的一种方法，作用于滤波器的使用效果好，工作速度快，但是仍然需要在使用过程中进行大量的计算进行验证，为了减少实际的计算量， 可以采用函数计算的方式，利用函数的对称性与正交性两大特点，可以节省更多的计算步骤，有效提高离散傅里叶的计算速度，而这也被称为“快速傅里叶转换法”，虽然后续经过不断的改进，但还是无法解决转换频率与信号频率之间的矛盾，频率重复的次数较多，就会影响到设备的正常使用情况，为了降低重复次数，还需要采用周期限制用以计算，在一定时间内收集“快速傅里叶转换法”的处理信息，并将计算数据用以整数倍的方式进行扩展，从而可以提升“快速傅里叶转换法”对信号频率的分辨能力，可以有效提升“快速傅里叶转换法”对谐波检测的精准度。

3.2瞬时功率检测方法

瞬时功率检测方法目前还为在实际的谐波检测中应用，但在理论范围内是可行的，主要是针对于解决非正弦条功率定义的问题，基于瞬时功率的理论，在有中性线与无中性线之间的三相交流电装置中使用，采集对三路电压升降幅度的信息，避免在电压出现波形畸变的情况下，对于谐波的检测结果会出现负面影响，这是基于瞬时功率理论对谐波进行检测的最大优势，就是不需要对供电装置进行电压升降幅度数据的采集，所以其最终的检测结果不会受到畸变的影响，准确率相对于其它检测方法有所提升。

3.3神经网络检测法

人脑是一个非常神奇的存在，利用神经网络系统，可以在一定程度上根据人脑的神经结构进行模范，主要的模范方向在于神经元节点之间的连接方式，根据这个特点可以将人工神经网络系统分为两种前馈与后馈两种类型，但这两种类型都具有非线性的特征，所以可以被应用到谐波检测当中，具体的工作原理在于前馈网络离散采样可以确定谐波的幅值频率，检测结果更加合理，重点在于神经网络系统的计算速度相对于一般的计算方式，对于数据的收集与处理性能更强，在检测结果可以得到保证的基础上，检测效率也相对于一般的计算方式更快。

3.4小波分析检测方法

传统的离散傅里叶转换法的工作原理主要是利用正弦波与余弦波的特点构成信号，但是如果我们在此基础上，假设信号附加上可以具备着可供代为标志的局部特征，那么傅里叶转换法就无法在实际中发挥有效应用，不过根据小波构造对突变信号实行构造影响，那么在理论上，我们是可以通过运用小波分析话，深入了解到所需要处理信号的细节，并且对其加以控制，这就能够避免因为谐波产生的电信号影响到检测效率的问题。

结束语

目前傅里叶转换法仍然是应用最为广泛的一种检测方式，相比之下，虽然瞬时功率检测方法还未真正应用，但是从理论上进行分析，瞬时功率检测方法的检测结果应当更为精准，而往后的两种检测方法各自具备各自不同的优势，所需要研究的方向也不同，但从几种方式中可以观察到，谐波检测方法的最终发展目的在于智能化与复杂化，只有具备这两点使用要素，才是未来谐波检测方法的研究趋势。

参考文献:

[1]熊杰锋,李群,袁晓冬,陈兵,杨志超,王柏林.电力系统谐波和间谐波检测方法综述[J].电力系统自动化.2013.11:125-133.

[2]吕文杰.电力系统谐波检测及其抑制方法的研究[J].成都理工大学.2012.