孫輝

摘 要：在電力系統(tǒng)中，諧波檢測(cè)通常是作為抑制諧波的重要手段，準(zhǔn)確有效地確定信號(hào)中的諧波分量，對(duì)于改善電能質(zhì)量有重要意義?？焖俑盗⑷~變換（FFT）能夠?qū)崿F(xiàn)整數(shù)次諧波檢測(cè)，本文介紹了FFT的基本原理，并針對(duì)4種不同的諧波試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了MATLAB仿真試驗(yàn)。4種變換結(jié)果比較表明，傅立葉變換能獲取原始信號(hào)頻率成分，并能有效實(shí)現(xiàn)各次諧波的分離、準(zhǔn)確地檢測(cè)到諧波出現(xiàn)的時(shí)刻、獲取各次諧波的實(shí)時(shí)波形、識(shí)別振蕩諧波的變化趨勢(shì)。仿真試驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性及頻率估計(jì)的精確度。

關(guān)鍵詞：諧波分量；諧波檢測(cè)；電能質(zhì)量；諧波分析；快速傅立葉變換

中圖分類號(hào)：TM935 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0150-02

引 言

近年來(lái)，由于各種非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中的無(wú)功功率和諧波污染已經(jīng)成為一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，諧波及間諧波問題已經(jīng)引起廣泛關(guān)注[1～2]。為準(zhǔn)確地測(cè)量到諧波分量，首先必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確同步采樣，否則，會(huì)在FFT算法中造成頻譜泄漏[3]。

對(duì)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，確切掌握系統(tǒng)諧波狀況，對(duì)于防止諧波危害、維護(hù)電網(wǎng)的安全運(yùn)行十分必要。目前諧波分析的方法有很多種，主要有基于FFT的檢測(cè)方法、小波變換提取基波分量的方法、自適應(yīng)電流檢測(cè)方法、基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的p-q法和ip-iq法[4]。本文提出了一種基于FFT的電力系統(tǒng)諧波分析方法，此方法可準(zhǔn)確地檢測(cè)出次各次諧波分量和頻率相近的諧波。

1 快速傅立葉變換

進(jìn)行電力系統(tǒng)諧波分析的思想，是利用傅立葉變換將畸變波形分解成基頻分量和各次諧波分量，通過頻譜分析各次諧波分量的幅值和相位來(lái)描述波形畸變水平。傅立葉變換是對(duì)整個(gè)時(shí)間段的積分，為了得到一個(gè)時(shí)域信號(hào)的頻域特征，必須使用信號(hào)在時(shí)域的全部信息[5]。

2 實(shí)驗(yàn)研究

在淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜礦的新工廣變電站和新中央變電站內(nèi)安裝北京丹華昊博電氣有限公司的電能質(zhì)量在線檢測(cè)裝置，所安裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置分別接入I段母線和II段母線，兩段母線又分別在有無(wú)濾波柜以及有無(wú)絞車的四種狀態(tài)下分別檢測(cè)諧波，并記錄波形。分析各次諧波所占有效值的百分比，最后給出本次試驗(yàn)的結(jié)論。

以下分析新工廣變電站I段、II段母線和新中央變電站的I段、II段母線分別在有無(wú)濾波柜以及有無(wú)絞車的四種情況下多次典型試驗(yàn)的波形及諧波所占有效值的百分比，重復(fù)進(jìn)行的試驗(yàn)沒有體現(xiàn)，試驗(yàn)波形和諧波所占有效值的百分比均取自丹華昊博公司KA2003-DNZL電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。

3 仿真分析

本文使用MATLAB軟件作為仿真工具，驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性，以及易實(shí)現(xiàn)、跟蹤速度快的優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果直接取自北京丹華昊博電力科技有限公司KA2003-DNZL電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，在信號(hào)采樣方面，采樣點(diǎn)數(shù)為400，然后將試驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)入到MATLAB軟件中，對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行FFT分析，可以得到的電壓、電流波形以及各次諧波幅值和百分比。

3.1 無(wú)濾波柜、無(wú)絞車

2017年5月25日10：30，利用新工廣變電站I段母線，在無(wú)濾波柜、無(wú)絞車的情況下，對(duì)變電站供電電壓、電流波形進(jìn)行錄波。

通過該電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置直接測(cè)量出，進(jìn)線電流有效值為832.7155A，波形如圖1所示。各次諧波所占有效值的百分比如表1所示。

3.2 有濾波柜、無(wú)絞車

2017年5月25日11：13，利用新工廣變電站II段母線，在有濾波柜、無(wú)絞車的情況下，對(duì)變電站供電電壓、電流波形進(jìn)行錄波。

通過該電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置直接測(cè)量出，進(jìn)線電流有效值為67.5963A，波形如圖2所示。各次諧波所占有效值的百分比如表2所示。

3.3 無(wú)電容、有絞車

2017年5月26日10：30，利用新中央變電站I段母線，在無(wú)電容、有絞車的情況下，對(duì)變電站供電電壓、電流波形進(jìn)行錄波。該次試驗(yàn)主要檢測(cè)絞車在啟動(dòng)過程中的諧波。

通過該電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置直接測(cè)量出，絞車線路電流有效值為123.3276A，波形如圖3所示。各次諧波所占有效值的百分比如表3所示。

3.4 有電容、有絞車

2017年5月26日11：18，利用新中央變電站II段母線，在有電容、有絞車的情況下，對(duì)變電站供電電壓、電流波形進(jìn)行錄波。該次試驗(yàn)主要檢測(cè)絞車在啟動(dòng)過程中的諧波。

通過該電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置直接測(cè)量出，絞車線路電流有效值為120.4679A，波形如圖4所示。各次諧波所占有效值的百分比如表4所示。

從以上的波形對(duì)比可以看出，在變電站沒有絞車投入運(yùn)行時(shí)，波形為具有近乎完美的正弦波，諧波可以忽略。但當(dāng)絞車投入運(yùn)行時(shí)，特別是在沒有濾波柜和電容的情況下，電流波形會(huì)發(fā)生一定的畸變，既有較大的諧波分量。

4 結(jié) 論

諧波測(cè)量是檢測(cè)電網(wǎng)諧波水平和分析采取抑制措施的重要手段。利用快速傅立葉變換進(jìn)行多種諧波試驗(yàn)，并進(jìn)行MATLAB仿真試驗(yàn)，表明信號(hào)經(jīng)過傅立葉變換后可以獲得各次諧波的有效值及其百分比，這為治理諧波污染提供了重要依據(jù)。

通過對(duì)淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜礦的新工廣變電站和新中央變電站進(jìn)行為期兩天的諧波檢測(cè)試驗(yàn)，并結(jié)合記錄的波形，并結(jié)合MATLAB等軟件對(duì)波形進(jìn)行快速傅里葉變換，分析結(jié)論我們得出：

（1）當(dāng)絞車在啟動(dòng)過程中，產(chǎn)生的諧波較大，主要諧波為5、7、11次；

（2）當(dāng)沒有絞車運(yùn)行或是絞車在正常運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的諧波很小，可以忽略不計(jì)；

（3）裝設(shè)濾波柜對(duì)諧波有一定的改善作用。

參考文獻(xiàn)

[1]林海雪.電力系統(tǒng)中的間諧波問題[J].供用電，2001，18（3）：6～9.

[2]馬 垚，曲軼龍.基于模糊變步長(zhǎng)自適應(yīng)諧波檢測(cè)算法的研究[J].現(xiàn)代電力，2008，25（2）：1～4.

[3]張新剛，王澤忠，吳忠燕，李靜威.諧波對(duì)電能計(jì)量影響的分析與測(cè)試[J].現(xiàn)代電力，2003，20（2）9：24～28.

[4]榮海舟，栗時(shí)平，逯培兵，鄭 龍.基于最小二乘法原理與FFT的改進(jìn)型諧波分析方法[J].現(xiàn)代電力，2008，25（2）：24～27.

[5]劉 芳，陳君誠(chéng)，韓 璐，許麗云.基于小波變換和快速傅立葉變換的電網(wǎng)諧波分析[J].通信電源技術(shù)，2009，26（4）：17～19.

[6]張 斌，孫 靜.基于Mallat算法和快速傅立葉變換的電能質(zhì)量分析方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（19）：35～40.

收稿日期：2018-6-24

作者簡(jiǎn)介：孫 輝（1989-），男，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)、電力市場(chǎng)交易運(yùn)行與分析。