摘要：隨著電力技術(shù)的發(fā)展，大量分布式電源的投入使用致使電網(wǎng)中的諧波分量嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量和電網(wǎng)的可靠性，因此諧波的測量非常重要。本文對電力系統(tǒng)諧波檢測的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波檢測；現(xiàn)狀及發(fā)展

當(dāng)前電力系統(tǒng)中大量非線性、強(qiáng)耦合負(fù)載的投入使用使得諧波問題變得日益嚴(yán)重，電力系統(tǒng)的諧波主要是由于電能在輸送過程中受到各種環(huán)境因素的影響而引發(fā)的到達(dá)用戶的電能波形的失真而產(chǎn)生的。失真的波形不再具有周期性的特性，且單位時間內(nèi)完成周期性改變的次數(shù)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(nèi)完成周期性改變的次數(shù)為基波的整數(shù)倍，而間諧波與基波頻率則不具備整數(shù)關(guān)系。由于諧波和間諧波造成的電力系統(tǒng)的電能污染在生活中普遍存在，嚴(yán)重影響了用電設(shè)備、變電站和電力系統(tǒng)載波通訊等設(shè)備的正常使用，是電力行業(yè)已不得不面對的一個重要問題，同時它也對電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(guān)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(dá)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(yùn)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(jìn)行操作因此十分簡單，并且其結(jié)構(gòu)也相對簡單，然而通過濾波的方法造成的誤差也比較大。因?yàn)闉V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(huán)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(xué)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)。而相對來說有源電力濾波器的應(yīng)用較多，其可以通過動態(tài)抑制諧波并補(bǔ)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(yīng)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(jìn)行諧波檢測時，需要根據(jù)條件進(jìn)行多次坐標(biāo)變換，對CPU的要求很高，計(jì)算量也非常大。

3.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測方法

該檢測方法是一種跨學(xué)科檢測算法，它借鑒了生物學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)理論，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測方法主要為有線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測法，其基本原理就是不斷的調(diào)整加權(quán)值來減小誤差并將誤差進(jìn)行反向傳播，直到誤差在要求的范圍內(nèi)并得到諧波信號。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因?yàn)槠浞蔷€性良好、自主學(xué)習(xí)和精度高的特點(diǎn)，同時還具備并行處理能力，近年來廣泛用于各個領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在電力系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中在對電網(wǎng)的故障診斷。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，將故障產(chǎn)生的信息傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)中，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的樣本庫的選擇對比將診斷結(jié)果作為輸出量輸送出來。然而這種方法的應(yīng)用程序需要大量的樣本作為支撐，相對應(yīng)的計(jì)算時間也會更長，因此在實(shí)際中應(yīng)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(shù)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(xiàng)小波的參變量進(jìn)行重構(gòu)，因此它可以很好的重建信號細(xì)節(jié)?；谛〔ㄗ儞Q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(diǎn)按照某個方向做相同距離的移動伸展與收縮來進(jìn)行細(xì)化處理，使高頻信號分量在時域內(nèi)精細(xì)劃分，而低頻信號在頻域內(nèi)進(jìn)行精細(xì)劃分，能夠?qū)崿F(xiàn)分析時域和頻域的細(xì)節(jié)。然而，在穩(wěn)態(tài)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?qū)π盘柕臅r域和頻域進(jìn)行很好的分析和處理，然而沒有適合分析諧波的小波函數(shù)會導(dǎo)致低頻部分的分解計(jì)算量巨大，因此找到一個合適的小波基函數(shù)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(lǐng)域變到頻率領(lǐng)域的方法來研究采樣序列的規(guī)律。離散傅里葉變換（DFT）是進(jìn)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(xiàn)離散的形式?？焖俑道锶~變換（FFT）是高效計(jì)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(jì)算次數(shù)，并且采樣點(diǎn)數(shù)越多，計(jì)算越簡便。由于電力系統(tǒng)的頻率受各種因素干擾使得它們在一定的范圍內(nèi)波動，而采樣要求采樣頻率與實(shí)際運(yùn)行的頻率保持固定的比例關(guān)系，所以難以實(shí)現(xiàn)跟蹤采樣的精確性，因此在非同步采樣或非整數(shù)采樣時會產(chǎn)生頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)等誤差，使得傅里葉變換在電能領(lǐng)域的應(yīng)用具有局限性。而在FFT的基礎(chǔ)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(zhǔn)確的估計(jì)值。

隨著科技發(fā)展日新月異，電力系統(tǒng)的諧波檢測技術(shù)也得到了不斷地改進(jìn)和完善，同時硬件設(shè)備性能的加強(qiáng)也為諧波算法的精度和算法的實(shí)時性的提高提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)前打造堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)已成為全球趨勢，而電力系統(tǒng)諧波的算法日益智能化、高性能化也正是順應(yīng)這一趨勢的發(fā)展模式。目前我們?nèi)匀恍枰匾曤娏ο到y(tǒng)的諧波治理，降低諧波所帶來的危害，確保我國電網(wǎng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

6.結(jié)語

諧波測量算法的完善改進(jìn)和諧波分析方法的研究對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。因此，當(dāng)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(yīng)用于諧波的測量值，使得測量更為精準(zhǔn)，進(jìn)一步提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫風(fēng)艷.電網(wǎng)諧波功率計(jì)量方法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013.

[2]王東冬，蘇威.電力系統(tǒng)諧波分析[J].通信電源技術(shù).2017，34（5）：216.

[3]曹英麗，尹希哲.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和全相位快速傅里葉變換的電力系統(tǒng)諧波檢測技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2017，40（1）：125-128.

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

（作者單位：武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院）