薛 巍 薛小峰

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0 引言

隨著民用建筑電氣系統(tǒng)的發(fā)展，間諧波問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注［1-7］。間諧波是指那些頻率是基波頻率非整數(shù)倍的干擾分量。民用電氣系統(tǒng)中存在一些時(shí)變負(fù)荷，如含有鐵磁材料的電工設(shè)備。這類(lèi)負(fù)載的電氣特性是隨時(shí)間變化而變化的，根據(jù)流經(jīng)該負(fù)荷的電流分解的傅立葉級(jí)數(shù)，可能不是基波的整數(shù)倍諧波，而是它的分?jǐn)?shù)諧波(fractional harmonics)，稱(chēng)之為非整次諧波(noninteger harmonics)或間諧波(inter harmonics)。而低于工頻的間諧波，通常稱(chēng)為次諧波(sub harmonics)。間諧波現(xiàn)象正受到人們的日益重視。IEC61000-2-1將間諧波定義為在電壓和電流信號(hào)的諧波之間頻率與基波頻率不成整數(shù)倍關(guān)系的信號(hào)。電焊機(jī)、電弧爐等設(shè)備是傳統(tǒng)的間諧波產(chǎn)生源，帶AC/DC或DC/AC變換器的各種電力電子設(shè)備，如變頻器、串級(jí)調(diào)速裝置等，逐步成為新的間諧波發(fā)生源。間諧波的存在給民用建筑電氣系統(tǒng)的運(yùn)行、保護(hù)和控制帶來(lái)非常大的危害。頻率高于基波頻率的間諧波會(huì)干擾音頻設(shè)備正常工作，引起感應(yīng)電機(jī)噪聲和振動(dòng)等;頻率低于基波頻率的間諧波會(huì)引起電壓閃變，低頻繼電器的異常運(yùn)行等等。

可靠、準(zhǔn)確的間諧波檢測(cè)是合理評(píng)價(jià)間諧波危害、有效治理間諧波污染的重要前提條件。由于間諧波往往具有非平穩(wěn)和頻率隨機(jī)等特性，用傳統(tǒng)方法難以對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。間諧波檢測(cè)已經(jīng)成為制約深入研究和有效治理間諧波的瓶頸問(wèn)題。

1 間諧波檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀

基于傅立葉變換的傳統(tǒng)間諧波檢測(cè)方法建立在信號(hào)整周期采樣的基礎(chǔ)上，檢測(cè)間諧波時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的頻譜泄漏和柵欄誤差，不能滿(mǎn)足間諧波檢測(cè)精度要求。加窗插值傅立葉方法雖然能夠減少頻譜泄漏并有效地抑制間諧波之間的干擾，但是該方法頻率分辨率低，即要求的采樣數(shù)據(jù)時(shí)窗長(zhǎng)，導(dǎo)致該方法實(shí)時(shí)性較差，特別不適合用來(lái)分析非平穩(wěn)的、參數(shù)隨時(shí)間變化的間諧波。國(guó)際電工委員會(huì)在IEC標(biāo)準(zhǔn)61000-4-7中根據(jù)Parseval定理針對(duì)間諧波檢測(cè)引入群和子群的方法［8］，但是該方法仍然存在頻率分辨率低的問(wèn)題。近年來(lái)一些基于現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的方法被用于間諧波檢測(cè):Prony間諧波檢測(cè)方法建立在復(fù)指數(shù)信號(hào)線性組合模型的基礎(chǔ)上，可以提供較高的頻率分辨率，但是其噪聲敏感性限制了該方法的廣泛應(yīng)用;迭代DFT方法建立在信號(hào)核函數(shù)變換的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的頻率分辨率，但是該方法需要進(jìn)行逆矩陣的迭代運(yùn)算，計(jì)算量非常大。自適應(yīng)陷波濾波器通過(guò)自動(dòng)修正濾波器參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率間諧波檢測(cè)，但是該方法也存在暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、頻率分辨率低的問(wèn)題。

2 間諧波檢測(cè)技術(shù)的展望——子空間方法

子空間方法建立在信號(hào)自相關(guān)矩陣特征分解的基礎(chǔ)上，其頻率分辨率不受采樣數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度的限制，為間諧波檢測(cè)提供了一種新的途徑。該方法最早由Pisarenko提出，他注意到自相關(guān)矩陣最小特征多項(xiàng)式z變換的零點(diǎn)與信號(hào)頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。后續(xù)的相關(guān)工作表明信號(hào)自相關(guān)矩陣的特征向量可以劃分噪聲子空間和信號(hào)子空間，這些子空間與被測(cè)信號(hào)存在一定的物理相關(guān)性和數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果能夠把噪聲子空間和信號(hào)子空間的信息有機(jī)結(jié)合起來(lái)，研究這些子空間與被測(cè)信號(hào)的物理相關(guān)性，確定子空間與間諧波參數(shù)的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究基于這些數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系的高分辨率間諧波檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)間諧波的準(zhǔn)確、可靠檢測(cè)。

［1］林海雪.現(xiàn)代電能質(zhì)量的基本問(wèn)題［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2001，25(10):5-12.

［2］肖湘寧，徐永海.電能質(zhì)量問(wèn)題剖析［A］.電能質(zhì)量國(guó)際研討會(huì)［C］.2002:296-300.

［3］全國(guó)無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施指南［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999:9.

［4］韓英鐸.信息電力與FACTS及DFACTS技術(shù)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000(19):1-7.

［5］孫樹(shù)勤.電壓波動(dòng)和閃變［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1998.

［6］劉小彩，肖湘寧.電能質(zhì)量評(píng)估與分析方法的研究［D］.北京:華北電力大學(xué)(北京)工學(xué)碩士論文，1997:12.

［7］EN50160，Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution system［S］.

［8］Testing and Measurement Techniques-GeneralGuide on Harmonics and Interharmonics measurements and Instrumentation，for Power Supply Systems and Equipment Connected Thereto，IEC Std.61000-4-7，2002.