电力谐波检测（共12篇）
电力谐波检测 篇1
谐波是指在电能传输过程汇总, 电力系统的周期性电压和电流进行相互分解, 产生的一种频率为基数的整数倍的电量。而这种电量会使电能在传输过程中受到严重的干扰, 直接对电力设备造成危害、对用电质量造成污染。因此, 在这个电器不可或缺的时代中, 面对谐波的污染, 怎样有效地控制成为人们重视的话题。
1 谐波产生的背景和研究意义
1.1 谐波产生的背景
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意, 而当时是由于德国在使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变造成了严重的谐波污染, 是其电器设备严重损坏。
目前, 电能已成为人们生活中的一部分, 是人类社会中重要的能源之一。但是, 由于经济的节奏的加快, 工业用电、农业用电的需求也不断增加, 谐波问题也频繁的产生。
1.2 研究目的与意义
以前由于接入供电系统的非线性设备较小, 系统中引起的谐波电流也很小, 所以当时谐波对电力质量的影响不大。但是, 现在电子技术的不断发展, 各种大功率电器的广泛运用, 谐波对人们的生产和生活也产生了严重的影响。目前, 随着用电需求量的增大, 对谐波的防治工作已成为工作人员的必须关注的话题。因此, 有效的防止谐波的污染, 提高用电质量成为了我们研究谐波问题的主要目的。
2 谐波污染和治理研究现状
对于谐波的治理, 不同的国家有着不同的方案。就目前国内而言, 我国的工业、农业已成为谐波污染问题的“重灾区”, 就此问题我国曾多次召开学术研讨会议进行研究。在工业、农业的生产中, 由于用电设备的大量投入, 使本来每台向电网注入的谐波电流不大的设备, 造成的谐波电流变得巨大, 从而使谐波污染过为严重, 使得电动机、电压器的电力设备的电能消耗增大、使用寿命缩短。
2.1 谐波污染现状
现在社会中, 人们对电能的需求日益剧增。而谐波的出现导致电力质量下降, 电能无故损失, 许多大功率用电设施寿命缩短, 使电力的供应是否能达到人们的生活、生产标准已成为电力工作者们必须考虑的问题。在现代智能化建筑建设中, 谐波的产生容易导致电气设备运行不畅, 使得电动机在运行的过程中发生巨大的损耗, 还对电动机的运转产生相关的振动和噪音;在工业生产中, 谐波的产生不但时刻影响着生产线的运转、经济的发展, 还存在这严重的安全隐患。由于近年来科技的不断进步, 大量的先进设备的引入, 使得我国的经济水平不断地发展, 但是谐波的污染也变得极为严重。例如:计算机系统, 开关电源、电子式荧光整流器等先进设备在应用时容易产生供电系统的电压和电流发生不确定的畸变, 而出现大量谐波, 使其电能的消耗变得巨大。
由于谐波问题的严重危害, 不但使接入电网的设备无法正常运转, 还让供电系统中性线承受的电能过大, 影响着供电系统的电力输送能力, 是人们的用电质量不高。因此, 谐波问题得到有关部门的高度重视。谐波危害主要表现在以下几个方面:
2.1.1 由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍, 高频电流流过导体
时, 因集肤效应的作用, 使导体对谐波电流的有效电阻增加, 从而增加了设备的功率损耗、电能损耗, 使导体的发热严重, 严重影响了用电设备和电力系统的性能和寿命。
2.1.2 影响继电保护和自动装置的工作和可靠性。
2.2 治理措施
想要有效的减少谐波的污染, 我们必须从谐波的检测方面入手, 通过对电网谐波的检测来找到谐波的产生根源———谐波的污染和具体分布情况, 然后从中找寻具体的治理措施。
3 谐波检测研究的主要作用和基本要求
3.1 电力系统谐波检测的主要作用
电力系统中的谐波检测, 是解决谐波问题的出发点。只有的分布情况了解详细, 才能让谐波在社会中的污染得到高效、合理的防止。谐波检测的主要作用有以下几个方面:
3.1.1 鉴定时间电力系统及谐波源的谐波水平是否符合标准规定包括对所有谐波源设备投运时的检测。
3.1.2 电气设备调试投运时谐波检测以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经济运行。
3.1.3 谐波故障或异常原因的检测。
3.1.4 谐波专题测试如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。
3.2 电力系统谐波检测的基本要求。
电力系统谐波检测的基本要求主要有以下几个内容:
3.2.1 谐波测量方法和数据处理都必须遵照1993年国家颁布的标准进行实施。
3.2.2 精度要求。为了达到减少误差和精确测量的目的须制定一些测量精度以表示抗御噪音、杂波等非特征信号分量的能力。
3.2.3 速度要求。要求具有较快的动态跟踪能力。
3.2.4 鲁棒性好。在电力系统的正常、异常运行情况下都能测出谐波。
3.2.5 实践代价小。此想要求往往与上述要求相冲突在实践中应酌情考虑在达到应有要求的前提下应力求获得较高的性能价格比。
4 检测方法
4.1 硬件检测
实际的谐波检测装置因应用的时期、场合和要求不同而形式各异。按照测量功能分类可分为频谱分析仪和谐波分析仪。按测量原理分类可分为模式式和数字式测量仪器。按测量功用分类可分为谐波分析仪和谐波检测仪。
4.2 滤波装置
目前, 我国采用的滤波器主要有无源滤波装置和有源滤波器。无源滤波装置主要采用LC回路, 并联于系统中, LC回路的设定, 只能针对于某一次谐波, 即针对于某一个频率为低阻抗, 使得该频率流经为其设定的LC回路, 达到消除 (滤除) 某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时, 在基波对系统进行无功补偿。这种滤波装置简单, 成本低, 但不能滤除干净。其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及保护和控制回路。而有源滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等, 但方向相反的谐波电流, 用以抵销网络中的谐波电流, 这种装置的主要元件是大功率电力元件, 成本高, 在其额定功率范围内, 原则上能全部滤除干净。
4.3 人工神经网络技术
人工神经网络技术自从面世后发展非常迅速, 并且随着神经网络的发展, 在电力系统中的应用也日益深入, 如负荷预测、优化调度、谐波检测与预测等, 并在工程应用上取得一些较好成效。基于神经网络的检测方法主要涉及模型的构建、样本的确定和算法的选择, 利用神经网络实现谐波和无功电流的检测对周期性及非周期性电流都具有良好的快速跟踪能力, 对高频随机干扰也有较好的识别能力。
结束语
由于社会中各种电器产品的投入市场, 谐波对用电设备和电力系统的危害也逐渐蔓延, 已经严重的影响了我们的生产和生活。如何有效的控制谐波, 使其达到国家标准, 已成为相关工作人员必须考虑的问题。只有这样才能让人们的生产和生活水平得到有效的提高。相信随着科技的进步, 谐波的检测技术和防护措施也将不断完善, 逐步达到社会发展的需求, 让人们的生活更加便利。
电力谐波检测 篇2
摘要：主要针对电力系统谐波的危害及其检测分析技术，归纳总结了目前电力系统中进行谐波抑制常用的方法。
我们知道，在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态，为用户提供高效使用电能的手段。但是，电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重，影响了供电质量。目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。因而了解谐波产生的机理，研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。
谐波及其起源
所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。周期为T＝2π/ω的非正弦电压u（ωt），在满足狄里赫利条件下，可分解为如下形式的傅里叶级数：式中频率为nω（n＝2，3„）的项即为谐波项，通常也称之为高次谐波。
应该注意，电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形，电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴；谐波与不是工频整倍数的次谐波（频率低于工频基波频率的分量）和分数谐波（频率非基波频率整倍数的分数）有定义上的区别。
谐波主要由谐波电流源产生：当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力系统的谐波源。系统中的主要谐波源可分为两类：含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等。
国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代，当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。进入70年代后，随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用，谐波问题日趋严重，从而引起世界各国的高度重视。各种国际学术组织如电气与电子工程师协会（IEEE）、国际电工委员会（IEC）和国际大电网会议（CIGRE）相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。我国国家技术监督局于1993年颁布了国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》，标准给出了公用电网谐波电压、谐波电流的限制值。
如国内某轧钢厂的4000kW交流变频同步电机的调速系统，在某种工况下5次谐波含量达到15.88%，7次谐波含量达7.9%。另外，低于电网频率的次谐波和大量的分数次谐波，使电流总谐波畸变率最高时可达25.87%，电压总谐波畸变率最高时可达6.19%。远高于国家标准GB/T14549－93《电能质量公用电网谐波》，可见，谐波对电网的污染是相当严重的。高次谐波的危害
谐波污染对电力系统的危害是严重的，主要表现在：
（1）谐波影响各种电气设备的正常工作。对如发电机的旋转电机产生附加功率损耗、发热、机械振动和噪声；对断路器，当电流波形过零点时，由于谐波的存在可能造成高的di/dt，这将使开断困难，并且延长故障电流的切除时间。
（2）谐波对供电线路产生了附加损耗。由于集肤效应和邻近效应，使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费；由于中性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的三次谐波流过中性线时，会使导线过热，损害绝缘，引起短路甚至火灾。
（3）使电网中的电容器产生谐振。工频下，系统装设的各种用途的电容器比系统中的感抗要大得多，不会产生谐振，但谐波频率时，感抗值成倍增加而容抗值成倍减少，这就有可能出现谐振，谐振将放大谐波电流，导致电容器等设备被烧毁。
（4）谐波将使继电保护和自动装置出现误动作，并使仪表和电能计量出现较大误差。
谐波对其他系统及电力用户危害也很大：如对附近的通信系统产生干扰，轻者出现噪声，降低通信质量，重者丢失信息，使通信系统无法正常工作，影响电子设备工作精度，使精密机械加工的产品质量降低；设备寿命缩短，家用电器工况变坏等。
为了有效补偿和抑制负载产生的谐波电流，首先必须对含有的谐波成分有精确的认识，因而需要实时检测负载电流中的谐波分量。现有的谐波电流检测和分析方法主要基于以下几种原理：（1）带阻滤波法
这是一种最为简单的谐波电流检测方法，其基本原理是设计一个低阻滤波器，将基波分量滤除，从而获得总的谐波电流量。这种方法过于简单，精度很低，不能满足谐波分析的需要，一般不用。（2）带通选频法和FFT变换法
带通选频方法采用多个窄带滤波器，逐次选出各次谐波分量。利用FFT变换来检测电力谐波是一种以数字信号处理为基础的测量方法，其基本过程是对待测信号（电压或电流）进行采样，经A/D转换，再用计算机进行傅里叶变换，得到各次谐波的幅值和相位系数。
这两种方法都可以检测到各次谐波的含量，但以模拟滤波器为基础的带通选频法装置，结构复杂，元件多，测量精度受元件参数、环境温度和湿度变化的影响大，且没有自适应能力；后一种检测方法其优点是可同时测量多个回路，能自动定时测量。缺点是采样点的个数限制谐波测量的最高次数，具有较长的时间延迟，实时性较差。（3）瞬时空间矢量法
1983年日本学者赤木泰文提出的瞬时无功功率理论，即“p-q”理论，对电力谐波量的检测做出了极大的贡献，由于解决了谐波和无功功率的瞬时检测和不用储能元件就能实现抑制谐波和无功补偿等问题，使得电力有源滤波理论由实验室的理论研究走向工作应用。根据该理论，可以得到瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，p和q中都含有直流分量和交流分量，即：式中分别为p、q的直流分量，即为对应的交流分量。由可得被检测电流的基波分量，将基波分量与总电流相减即得相应的谐波电流。因为该方法忽略了零序分量，且对于不对称系统，瞬时无功的平均分量不等于三相的平均无功。所以，该方法只适用于三相电压正弦、对称情况下的三相电路谐波和基波无功电流的检测。
理论进一步发展和完善了“p-q”理论，该理论提出的检测方法解决了三相电压非正弦、非对称情况下三相电路谐波和基波负序电流的检测。
该方法基于自适应干扰抵消原理，将电压作为参考输入，负载电流作为原始输入，从负载电流中消去与电压波形相同的有功分量，得到需要补偿的谐波与无功分量。该自适应检测系统的特点是在电压波形畸变情况下也具有较好的自适应能力，缺点是动态响应速度较慢。在此基础上，又有学者提出一种基于神经元的自适应谐波的电流检测法。
对于一般的谐波检测，如电力部门出于管理而检测，需要获得的是各次谐波的含量，而对于谐波的时间则不关心，因此，傅里叶变换就满足要求。然而在对谐波电流进行动态抑制时，不必分解出各次谐波分量，只需检测出除基波电流外的总畸变电流，但对出现谐波的时间感兴趣，对于这一点，傅里叶变换无能为力。小波变换由于克服了傅里叶变换在频域完全局部化而在时域完全无局部性的缺点，即它在时域和频域同时具有局部性，因此通过小波变换对谐波信号进行分析可获得所对应的时间信息。
从以上检测方法看，基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法简单易行，性能良好，并已趋于完善和成熟，今后仍将占主导地位。基于神经元的自适应谐波电流检测法和小波变换检测法等新型谐波检测方法能否应用于工程实际，还有待进一步验证。
谐波抑制方法
在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流，以便把谐波电压控制在限定值之内，抑制谐波电流主要有三方面的措施：（1）降低谐波源的谐波含量 也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。具体方法有： ①增加整流器的脉动数整流器是电网中的主要谐波源，其特征频谱为：n＝Kp±1，则可知脉冲数p增加，n也相应增大，而In≈I1/n，故谐波电流将减少。因此，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。如：整流相数为6相时，5次谐波电流为基波电流的18.5%，7次谐波电流为基波电流的12%，如果将整流相数增加到12相，则5次谐波电流可下降到基波电流的4.5%，7次谐波电流下降到基波电流的3%。②脉宽调制法
采用PWM，在所需的频率周期内，将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流输出电压脉冲可以达到抑制谐波的目的。在PWM逆变器中，输出波形是周期性的，且每半波和1/4波都是对称的，幅值为±1，令第一个1/4周期中开关角为γi（i＝1，2，3„„m），且0≤γ1≤γ2≤„„≤γm≤π/2。假定γ0＝0，γm＋1＝π/2，在（0，π）内开关角α＝0，γ1，γ2，„„，γm，π－γm，„„，π－γ2，π－γ1。PWM波形按傅里叶级数展开，得
由式可知，若要消除n次谐波，只需令bn＝0，得到的解即为消除n次谐波的开关角α值。
③三相整流变压器采用Y－d（Y/Δ）或D、Y（Δ/Y）的接线
这种接线可消除3的倍数次的高次谐波，这是抑制高次谐波的最基本的方法。
（2）在谐波源处吸收谐波电流
这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法，这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。主要方法有以下几种： ①无源滤波器
无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L、C、R元件构成谐振回路，当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但无源滤波器存在着许多缺点，如滤波易受系统参数的影响；对某些次谐波有放大的可能；耗费多、体积大等。因而随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。
②有源滤波器
早在70年代初期，日本学者就提出了有源滤波器APF（Active Power Filter）的概念，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。
与无源滤波器相比，APF具有高度可控性和快速响应性，能补偿各次谐波，可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点；在性价比上较为合理；滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。目前在国外高低压有源滤波技术已应用到实践，而我国还仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高，有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术，其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。③防止并联电容器组对谐波的放大
在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。④加装静止无功补偿装置
快速变化的谐波源，如：电弧炉、电力机车和卷扬机等，除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的还会造成系统电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效减小波动的谐波量，同时，可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数。
（3）改善供电环境
选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。
电力谐波检测 篇3
关键词：电力企业;谐波检测;谐波污染;电力系统
1 前言
在现代社会当中经济的快速发展的时代背景下，电力产业变得尤为重要，无论是工作还是生活中都离不开电力的存在，人类社会对于电力的依赖也是越来越重，正是在这样的时代背景下电力企业的发展可谓风生水起变得特别重要。可是伴随着电力的发展，电子电力技术以及其装置设备等都对电力系统带来了极大的污染，在所有污染中谐波污染则是最为严重的，所以因为该问题带来的电能质量的问题就得到了特别的重视。对于谐波污染问题而言谐波检测则是一个重要的研究内容，更是对于谐波污染问题进行深入研究的立足点和重要依据。因为在电力电子技术高度发达的今天所产生的谐波污染其本身带有极其特殊的特性，如果要想对谐波进行深入的了解和探究绝非一件容易的事，所以来自全球各地的学者门都对谐波的检测问题作出了越来越多的探究。
2 谐波检测方法的研究现况
电力系统当中的谐波检测对于谐波污染问题是一项重要的分析以及解决的方法，其最主要的方面有以下几种：
2.1 模拟滤波器谐波检测方法
其实早年也有谐波检测技术，但是该技术早期时主要采取的是模拟滤波器的原理来达到所需要的技术要求，这样的方式有优也有弊。其最大的优势就是电路的结构相对而言比较简单并不复杂多变，所以其成本低造价经济，输出阻抗较低，对于品质方面带来的影响就比较小有利于控制，劣势就是能够进行检查的谐波量较少，检测精度不纯，受外界影响较多。所以上述的方式以及不会过多的采用在谐波控制技术当中了。
2.2 傅里叶变换的谐波检测方法
此方式的原理则是通过迅速的FFT技术来取得所有层次的谐波信号的具体数据。该方法在现代的谐波检测技术当中使用的是最为广泛的方法之一。但是该方式也有自己的优缺点，对于其出现的确定就需要进行有效的改进以防止出现不必要的重复工作，长期以来许多的学者都对其改进的方法进行研究和探讨，所以最终确定的几个改善方法如下：（1）修正理想采样频率法。（2）利用加窗插值法对FFT 算法进行修正的方法。（3）同步采样法。其中有硬件以及软件的两种方式进行实现。（4）准同步采样法。
2.3 神经网络的谐波检测方法
由于神经网络具备了较强的函数逼近能力以及相应的学习能力，所以神经网络被大范围的运用在管理、预测、模式识别、图像处理、通讯等等一系列的科学方面。可是神经网络对于电力系统的谐波检测技术还是处于一个初步时期，并未达到很成熟的阶段，对于电力系统而言神经网络的运用主要有三大方面：谐波检测、预测以及谐波源的分辨方面。
神经网络因为具有强大的学习能力和对任意连续函数的逼近能力，所以其广泛的应用于预测与管理、通信、模式识别与图象处理、控制与优化等领域。神经网络在电力系统谐波检测中的应用目前仍在起步阶段。它主要有以下三方面的应用：电力系统谐波的预测、谐波源的辨识以及谐波的检测。
2.4 小波变换的谐波检测方法
在时域分析方面而言小波变换则是一个相当行之有效的工具之一，该方法不仅能够打败傅立叶变换的过程当中对于非稳态的信号在做分析时的不足之处，还能够通过自身的特性计算出某一个特定的时间区域中的频率分布，该方法对于相当不稳定的信号以及出现突变信号的时候的处理以及分析是相当有利的。并且通过自身的优势还能够把各类不一样的频率形成一个频谱信号进行分解从而出现不同频率的信号块，在这样的情况下再根据小波变换的原理就可以很精确的分析出谐波的情况。目前小波变换的谐波检测方法以及取得了一定的研究成果，其研究成果如下：
（1）把载有谐波的电流信号做正交小波分解工作，将原信号的各类尺度的分解结果进行有效的分析，这样就可以对各类的谐波分量进行检测，并且实现快速的跟踪记录。
（2）通过小波包对谐波进行检测。使用小波包可以将频率的空间做进一步的分析，该方法能够有效的将频率分辨率进行提升，与此同时还可以使用小波变换的方法把系统当中所出现的高次谐波映射到不一样的尺度上这样可以更加清晰的表达出高频以及奇异高次谐波信号的特质并进行谐波的分析和处理。
（3）对于小波变换的多分辨以及分析方式。该方式通过把带有谐波的原信号分解成为不一样频率的信号块，再把低频段上的结果作为基波，高频段为各次谐波，使用软件构成谐波的检测环节，这样可以迅速的找到并发现谐波所产生的变化。
（4）连续和离散小波包相结合的方式。按照离散小波包变换的方法将波形频谱进行分解并形成子波段，然后使用连续小波变换方法估计非零子波段的谐波概况，就可以查找出所有谐波中的整次、非整次还有分谐波。此方式能够较为精准的对谐波的数据进行量化。
（5）其它检测方法和小波变换相结合的方法。将小波变换和FFT亦或是和神经网络相结合的方法，能够相当良好的将二者之间的有点相结合，这样的话就可以同步对谐波、间谐波还有信号闪变等情况进行相应的检测，该方式的检测能力是相当有效的，并且检测所需的时间比较短准确度还很高，不可不说的一个好的处理方法。
3 对于电力电子产业的迅速发展，电力系统当中的谐波检测技术在多年的实践当中收获了颇多的实战经验，这些经验对于谐波检测的研究是有着极其重要的意义的。正是这些研究的发展与实际操作相结合才能够出现一系列行之有效的解决方法，这些方式方法对于电力系统当中的谐波污染问题的处理也都做出了一定的成效。但是由于电力系统的快速发展，以及人们对于电能质量的要求逐步走高，所以对于谐波检测的方法以及实战技术的要求也提出来了更高的标准，对于在不久的将来的谐波检测的发展势头会如下所想一般：
（1）谐波检测的对象研究会发生一些相应的改变，这些改变会从以稳态谐波检测的研究为主要研究方向进而转变成为非稳态谐波的检测研究方向。
（2）谐波检测算的方法会转向复杂化以及智能化的发展方向;对于谐波的求解方法则会转向较为复杂的数据分析以及信号的处理方面去改善发展，并且为使得非稳态波形发生畸变等问题得到解决而寻找出一些新的计算方式。
（3）将现存的各类谐波检测方法的优点进行充分的利用与结合，再根据现存的问题将现有的谐波检测理论体系进行相应的完善，并且去努力探索出新鲜的方法去解决问题，将达到迅速、暂态谐波的跟踪技术，该方式对于电力系统安全运行是一大特殊的保障。
（4）谐波检测实现技术研究将会从模拟电路技术以及不可编程数字电路技术进而转化成为高速度高准确度的可编程器件技术，特别是A RM 技术以及D SP技术。近几年以来，这两项技术也已经逐步成为了主要的谐波检测实现技术。
（5）谐波理论研究将会从传统谐波理论研究为主要研究内容进而转向通用谐波理论为主的技术研究。传统的谐波理论当中对于各类的谐波之间所形成的畸变功率问题以及非稳态谐波问题的关注很少，这样的研究思路对于目前的电力系统的发展而言，已经无法去完全适应了，我们需要探索出适用于复杂化智能化系统的通用谐波理论以及新的谐波评定方法，这些不仅仅是谐波理论本身发展的所需，更是对于电力系统谐波问题进行解决的客观要求。
4、结束语
电力谐波检测 篇4
1 谐波产生背景及研究意义
1.1 产生背景
电力是现代人类社会生产与生活不可缺少的一种能源形式, 是国际能源消费的主要模式。电能作为一种新型的能源产品, 一旦被生产出来, 那它就会被消耗掉。随着用电器的不断增多, 用电的需求量在不断的增长, 要确保供电量可以源源不断的被提供, 只有不断的增强电力系统的管理, 以及电力系统的运输才可以较好的完成工业生产以及家庭用户对电能的需求量。
1.2 研究目的与意义
随着国民经济的发展与人民生活水平的提高, 电力电子产品广泛的应用在人们生活和生产的各领域, 但是电力电子装置所带来的谐波问题严重影响着电力系统的稳定、安全、经济运行, 使电力系统中运行中存在着潜在威胁。对谐波问题进行检测已成为电力工作人员的工作重点。电谐波的检测技术在不断的发展, 使得其广泛的应用在各种电网电能运输中, 由传统的直接电能输出, 电网谐波不检测到现代化电网谐波的多样化监测, 使得电网监测在电网中的位置与作用与日俱增。
2 谐波污染与治理研究现状
关于电网谐波的污染及其治理问题, 已越来越引起世界各国的高度关注和重视。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议, 不少国家及国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准规定。
2.1 谐波污染现状
谐波是指电流中所含有的频率为基波倍数的电量, 通常在工作中对周期性的非正弦电量进行技术分解, 其他大于基波频率的电流。在智能建筑建设中谐波的产生容易造成电气设备的运行不畅, 使得电动机在运行的过程中发生巨大的损耗, 还对电动机的运转产生了相关的振动和噪音, 更有甚至是容易引发火灾险情。随着近年来科学技术的飞速发展, 大量的先进设备逐步采用, 但是由此所产生的谐波现象也在日益增多。如计算机系统、开关电源、电子式荧光整流器等先进设备在应用中容易造纸供电系统的电压和电流发生不确定的畸变, 这就造成了大量的谐波。其次是在公用电网的应用中本身存在着一定的谐波含量和配电变压器作为产生谐波的主要因素, 通常这些谐波都是有公用电网传输给配电系统, 造成配电系统在运行中的缺陷和问题。
2.2 治理措施
所以必须在电网进行有效的谐波的控制, 要首先对电网的谐波进行真实有效的监测普查, 以便更好的掌握到电网的谐波的污染情况, 进而对不同种类的情况进行采取适宜的技术措施。
2.2.1 使用SVC的静止的无功补偿装置。
像这样的柔性的调节装置可以进行广泛适用于抑制像电弧炉以及电气化的铁路等快速发生变化的负荷对于电网的电能质量的多种不利影响。该方法可以有效的抑制电弧炉等无功的冲击而引发的电压的波动还有闪变以及负序的电流还有提高的功率因数, 它还可以进一步的实现各个无功的功率并且快速的进行补偿调节并且实现三相的无功功率的平衡等等。像这样的柔性调节的装置可以装设在地区性的枢纽中心变电站会带来比较明显经济效益。2.2.2使用MCR的磁控电抗的综合的电力滤波的装置。像MCR的磁控电抗器它的主电路的结构是采用无源的滤波器以及有源的滤波器二者进行组合而成的。无源的滤波器可以起到主要的滤波功能, 并且可以补偿到一定数量的无功;而有源滤波器起到提高和改善无源滤波器性能的作用。
3 谐波检测研究的主要作用与基本要求
3.1 电力系统谐波检测的作用
谐波检测是谐波问题的一个重要组成部分也是研究和分析谐波问题的主要依据和出发点。谐波检测的主要作用有以下几方面:
3.1.1 鉴定实际电力系统及谐波源的谐波水平是否符合标准规定包括对所有谐波源设备投运时的检测。
3.1.2电气设备调试投运时谐波检测以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经济运行。3.1.3谐波故障或异常原因的测量。3.1.4谐波专题测试如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。
3.2 电力系统谐波检测的基本要求
电力系统谐波检测的基本要求电力系统谐波检测的基本要求
3.2.1 谐波测量方法和数据处理必须遵照1993年国家颁布的标准GB/T 14549-93即《电能质量公用电网谐波》。
3.2.2精度要求。为达到减少误差和精确测量的目的须制定一些测量精度以表示抗御噪声、杂波等非特征信号分量的能力。3.2.3速度要求。要求具有较快的动态跟踪能力测量时滞性小。3.2.4鲁棒性好。在电力系统的正常、异常运行情况下都能测出谐波。3.2.5实践代价小。此项要求往往与上述要求相冲突在实践中应酌情考虑在达到应用要求的前提下应力求获得较高的性能价格比。
4 检测方法
4.1 硬件测试
实际的谐波测量装置因应用的时期、场合和要求的不同而形式各异。按测量功能分类可分为频谱分析仪和谐波分析仪。按测量原理分类可分为模拟式和数字式测量仪器。按测量功用分类可分为谐波分析仪和谐波监测仪。频谱分析仪提供谐波的频谱分布特性谐波监测仪提供谐波成分的变化情况谐波分析仪提供电压谐波、电流谐波畸变率及每次谐波含量等。
4.2 模拟滤波器
可以看到的是, 模拟的滤波器的工作原理是:如果信号不包括低于基频的次谐波时使用低通的滤波器, 如果信号里有次谐波那么使用带有通滤波器进行获取到基波的分量, 要是用减法, 那么则从信号里面减去基波的分量那也就得到了分量。这种方法在实际应用起来可以非常的简单快速, 可是像这样的检测方式存有很多不足:它对环境的非常依赖, 如果电网的频率发生波动或者是滤波器的元件的参数发生变化时那么它的效果会变得很差:根本就无法分离出基波里面有功或者是无功的分量;要是谐波频率的和基波相近时, 那么滤波器的归一化的截止频率就会很小, 它的波动特性就会变得很差;如果是当基波的频率不固定但是却在较大的范围进行波动, 那么滤波器的设计会变得很困难。
4.3 Fryze的有功电流的检测
Fryze的有功电流的检测它的工作原理是把负载的电流分解成与电压的波形相一致的分量, 而把其余的分量称之为广义的无功的电流 (这其中包括了谐波的电流) 。它所具有的缺点为:由于Fryze的功率定义是构建在平均功率的基础上, 它是需要一个周期的积分的, 如果有至少一个周期的发生延期时, 那么它就不适合负载变化频繁的地方。要是只可以同时的检测出谐波还有无功的电流, 而不可以只是检测谐波的电流或者只检测无功的电流, 它是具有较大的局限性。
结束语
本文根据电力电网谐波的自身特点, 研究适用于一系列电网谐波的检测需求方法, 并在原有的检测基础之上设计更好的电网谐波检测手段, 把电网谐波检测方法应用到实际当中去, 从而有效的减少电网谐波的污染。
摘要：随着工业生产自动化和人民生活水平的不断提高, 人们对供电质量也有了更高层次的要求。谐波作为电能质量的主要影响因素, 受到人们的广泛关注。所谓谐波, 是理想的电力系统传输中由于受到各方面原因的影响而使的这种状态无法达到, 因此对电力系统周期性电压和电流进行分解, 所得出频率为基波整数倍分量的含有量, 即为谐波。谐波的畸变次数及振幅值的大小, 直接护额顶着电网的污染、破坏程度以及电力系统中各方面设备的危害影响。
关于电力电子装置谐波问题的综述 篇5
关键词：电力电子；谐波；危害；抑制
引言
1电力电子装置——最主要的谐波源
1.1整流器
作为直流电源装置，整流器广泛应用于各种场合。图1(a)及图1(b)分别为其单相和三相的典型电路。在整流装置中，交流电源的电流为矩形波，该矩形波为工频基波电流和为工频基波奇数倍的高次谐波电流的合成波形。由傅氏级数求得矩形波中的高次谐波分量In与基波分量I1之比最大为1/n，随着触发控制角α的减小和换相重叠角μ的增大，谐波分量有减小的趋势。
此外，现有研究结果表明：整流器的运行模式对谐波电流的大小也有直接的影响，因此在考虑调整整流电压电流时，最好要进行重叠角、换相压降以及谐波测算，以便确定安全、经济的运行方式；当控制角α接近40°，重叠角μ在8°左右时的情况往往是谐波最严重的状态，所以要经过计算，尽量通过正确选择调压变压器抽头，避开谐波最严重点[1]。
1.2交流调压器
交流调压器多用于照明调光和感应电动机调速等场合。图2(a)及图2(b)分别为其单相和三相的典型电路。交流调压器产生的谐波次数与整流器基本相同。
1.3频率变换器
频率变换器是AC/AC变换器的代表设备，当用作电动机的调速装置时，它含有随输出频率变化的边频带，由于频率连续变化，出现的谐波含量比较复杂。
1.4通用变频器
通用变频器的输入电路通常由二极管全桥整流电路和直流侧电容器所组成，如图3(a)所示，这种电路的输入电流波形随阻抗的不同相差很大。在电源阻抗比较小的情况下，其波形为窄而高的瘦长型波形，如图3(b)实线所示；反之，当电源阻抗比较大时，其波形为矮而宽的扁平型波形，如图3(b)虚线所示。
除了上述典型变流装置会产生大量的谐波以外，家用电器也是不可忽视的谐波源。例如电视机、电池充电器等。虽然它们单个的容量不大,但由于数量很多,因此它们给供电系统注入的谐波分量也不容忽视。
2谐波的危害
2）影响各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏；
4）会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；
5）会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
3谐波的管理原则
表1谐波电流极限值（IEEE519－1992规定）
Isc/IL
Hlt;11
11lt;H lt;17
17lt;H lt;23
23lt;H lt;35H
35THD
lt;20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0
20－50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0
50－100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0
100－1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0
1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0
表2电压正弦波形畸变率限值
供电电压/kV
电压正弦波形畸变率限值/％
0.38 5
6或10 4
3
1.5
4谐波的综合治理
目前，我国电力系统对谐波的管理呈现“先污染，后治理”的被动局面，所以如何综合治理已经成为一个迫在眉睫的研究课题。
关于“综合”的内涵，有人认为用范围广泛、普遍推广来描述；也有人认为用集合的、一体化的来表述更实际；笔者认为综合治理的工作应包含以下两方面:
——加强科学化、法制化管理；
——采取有效技术措施防范和抑制谐波。
4.1加强科学化、法制化管理
主要从两个方面加强管理：
——普遍采用具有法律约束和经济约束的手段，改变先污染后治理的被动局面，即应该严格按照各类电力设备、电力电子设备的技术规范中规定的谐波含量指标，对其进行评定，如果超过国家规定的指标，不得出厂和投入电力系统使用；
——供电部门应从全局出发，全面规划，采取有力措施加强技术监督与管理，一方面审核尚待投入负荷的谐波水平，另一方面对已投运的谐波源负载，要求用户加装滤波装置。
4.2采取有效的技术措施
目前解决电力电子设备谐波污染的主要技术途径有两条：
——主动型谐波抑制方案即对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波,或根据需要对其功率因数进行控制；
4.2.1主动型谐波抑制方案
主要是从变流装置本身出发，通过变流装置的结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除谐波，目前采用的技术主要有一下几个方面。
——多脉波变流技术大功率电力电子装置常将原来6脉波的变流器设计成12脉波或24脉波变流器以减少交流侧的谐波电流含量。理论上讲，脉波越多，对谐波的抑制效果愈好，但是脉波数越多整流变压器的结构越复杂，体积越大，变流器的控制和保护变得困难，成本增加。
——脉宽调制技术脉宽调制技术的基本思想是控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性。根据输出波形的傅立叶级数展开式，使需要消除的谐波幅值为零、基波幅值为给定量，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的，目前采用的PWM技术有最优脉宽调制、改进正弦脉宽调制、Δ调制、跟踪型PWM调制和自适应PWM控制等。
力电子装置，一般除了采用主动型谐波抑制方法以外，还要辅以无源或有源滤波器加以抑制高次谐波。
4.2.2被动型谐波抑制方案
——无源滤波器(PF)无源滤波器通常采用电力电容器、电抗器和电阻器按功能要求适当组合，在系统中为谐波提供并联低阻通路，起到滤波作用。无源滤波器的优点是投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便，因此无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及进行无功补偿的主要手段。无源滤波器的缺点在于其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定，只能消除特定的几次谐波，而对其它次谐波会产生放大作用，在特定情况下可能与系统发生谐振；谐波电流增大时滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载；有效材料消耗多，体积大。
APF按与系统连接方式分类,可分为串联型、并联型、混合型和串－并联型。
串联型APF可等效为一受控电压源，主要用于消除带电容滤波的二极管整流电路等电压型谐波源负载对系统的影响，以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。由于此类APF中流过的电流为非线性负载电流，因此损耗较大；此外串联APF的投切、故障后的退出等各种保护也较并联APF复杂，所以目前单独使用此类APF的案例较少，国内外的研究多集中在其与LC无源滤波器构成的混合型APF上[2]。
混合型APF就是将常规APF上承受的基波电压移去，使有源装置只承受谐波电压，从而可显著降低有源装置的容量，达到降低成本、提高效率的目的。其中LC滤波器用来消除高次谐波，APF用来补偿低次谐波分量。
串－并联型APF又称为电能质量调节器(UPQC)[3]，它具有串、并联APF的功能，可解决配电系统发生的绝大多数电能质量问题，性价比较高。虽然目前还处于试验阶段，但从长远的角度看，它将是一种很有发展前途的有源滤波装置。
有源滤波技术作为改善供电质量的一项关键技术,在日本、美国、德国等工业发达国家已得到了高度重视和日益广泛的应用。但是有源滤波器还有一些需要进一步解决的问题，诸如提高补偿容量、降低成本和损耗、进一步改善补偿性能、提高装置的可靠性等。同时APF的故障还容易引发系统故障，因此各国对此技术还保持着一定的谨慎态度[4]。
5谐波综合治理的展望 日益严重的谐波污染已引起各方面的高度重视。随着对谐波产生的机理、谐波现象的进一步认识，将会找到更加有效的方法抑制和消除谐波，同时也有助于制定更加合理的谐波管理标准。加大对谐波研究的投入将会大大加快对谐波问题的解决，当然谐波问题的最终解决将取决于相关技术的发展，特别是电力电子技术的发展。随着国民经济、谐波抑制技术的进一步发展、法制的进一步完善和对高效利用能源要求的增强，谐波治理问题最终将会得到妥善的解决。
随着电子计算机和电力半导体器件的发展，有源电力滤波器的性能会越来越好，价格会越来越低。而用于无源滤波的电容和电抗器的价格却呈增长的趋势。因此有源电力滤波器将是今后谐波抑制装置的主要发展方向。另外，电力电子技术中的有源功率因数校正技术也是极具生命力的。
6结语
电力推进船舶电网的谐波抑制 篇6
1 前言
舰船综合电力推进系统是指由共同的发电机组产生大功率的电力，同时满足舰船所有负荷—推进系统、日用负载、传感器系统以及舰载武器等。它将船舶发电与推进用电、舰载设备用电集成在统一的系统内，从而实现发电、配电与电力推进用电及其他设备用电统一调度和集中控制。这种全新的推进系统与传统的机械推进方式相比，具有噪音低、调速性能好、效率高、可靠性好、重量体积小、布置灵活等优点。
目前综合电力推进系统普遍采用大功率的变频器等非线性负载，在变频器工作时会产生谐波失真（THD）并分布到电网中，形成严重的谐波污染。谐波失真是相对于正弦电压或正弦电流波形的偏差，CCS和DNV规范及GJB等对谐波都有明确的指标要求。
根据CCS《钢质海船入级规范》（2012），电压波形的总谐波失真（THD）为所含谐波的均方分根值与基波的均方根值之比（以百分比数表示），可用下式计算：
式中：VTHD——总的谐波电压失真；
Vh——h阶谐波电压的均方根值；
V1——基波电压的均方根植；
CCS《钢质海船入级规范》（2012）规定供电电源的电压谐波（THD）成分不大于5%；DNV规范规定，配电系统中的电压谐波（THD）成分不大于5%；《舰船通用规范3组电力系统》中将交流电力品质特性参数规定为：对于船舶电力系统，正弦波形畸变率在5%之内，最大的单次谐波含量为3%。
2 谐波的危害
电力推进系统中的谐波会污染连接到同一个电网上的电容器、电抗器、变压器、电缆、电机，从而产生各类故障。谐波对船舶电力系统和其他用电设备危害，主要表现在以下几个方面：
（1）引起谐振和谐波电流放大
对谐波频率而言，系统的感抗会大大增加而容抗大大减少，可能产生并联谐振或串联谐振。这些谐振会使谐波电流放大几倍、十几倍甚至几十倍，对系统特别是对电容和与之串联的电抗器形成很大的的威胁，常使电容器和电抗器烧毁。
（2）对电机的影响
谐波会引起电机附加损耗，使之发热达不到额定功率，损耗随着谐波成分增加而增加。同时，谐波会使电机产生机械振动，使其局部过热、绝缘老化，缩短使用寿命甚至损坏。
（3）对配电系统的影响
谐波电流一方面在供配电线路上产生谐波电压降；另一方面，增加了线路上电流有效值从而引起附加输电损耗。配电电缆的电场强度随着谐波电压的最大值升高而增强，这就影响了电缆的使用寿命。据有关资料介绍，谐波的影响将使电缆的使用寿命平均下降约60%。高次谐波可能在船舶电力系统中发生电压谐振，在线路上引起过电压，可能击穿电缆、导线及设备的绝缘，引起重大事故。
（4）对计算机、通信系统的干扰
谐波一般通过电容耦合、电磁感应及电气传导三种方式影响计算机、通信系统，载频低的信号受影响更大。谐波会对测量、保护、控制、操作等系统中的仪表、仪器和设备造成影响。谐波对计算机的干扰，主要是影响磁性元件和数据处理系统的精度和性能，从而影响计算机处理数据的质量。谐波还使电缆在电流传输过程中产生电磁干扰，干扰船上的敏感电子器件。
（5）对继电器和控制电路的影响
谐波会改变保护继电器的性能，引起误动作或拒绝动作。
3 谐波的抑制
谐波抑制的目的是采取一定的办法将谐波减小至标准、规范允许的范围之内，以保证船舶电网及用电设备的安全经济运行。
3.1 变频器的选用与谐波的抑制
推进电动机的变频器是大型船舶电力系统谐波的主要来源，变频器的配置直接影响到电网的谐波指标。在设计时要根据船舶的电站容量和推进、配电等设备配置情况，计算各种工况下该船的THD谐波分析或进行仿真，选用合适的变频技术方案，如：PMW（脉宽调频）、PAM（脉冲幅度调频）方式，或选择6脉冲、12脉冲、虚拟24脉冲或纯24脉冲等。
变频器有电压型交-直-交变频器和电流型交-直-交变频器，通用型变频器大都为电压型交-直-交变频器。6脉冲变频器是最基本的类型，应用非常广泛。目前发展出12脉冲变频装置、虚拟24脉冲、纯24脉冲变频装置等。与6脉冲变频装置相比，12脉冲变频装置具有系统响应快、谐波量少、损耗降低、转矩脉动低等优点。如今在很多大容量、高压的场合，6脉冲变频器已无法达到要求。
目前多采用12脉冲变频器,整流脉冲数越多,其整流输出的脉动频率越高、脉动周期越短、脉动的幅值越小、输出的电压越高,也就越接近交流电压的峰值。
6脉冲变频器的波形如图1示意；12脉冲变频器的波形如图2示意。
图1 6脉波晶闸管整流电路输入波形
图2 12脉波晶闸管整流电路输入波形
这种整流电路的优点是把整流电路的脉波数由6提高到12，从而大大改善了输入电流波形（见图2），降低输入谐波电流，总谐波电流失真约10%左右。虽然12脉波整流电路的谐波电流大大下降，但还不能达到规范规定的总谐波失真小于5%的要求，虚拟24脉冲和24脉冲变频器的总谐波失真（THD）才能满足要求。24脉冲变频器一般是由两个并联的12脉冲变频器组成，由于要多一倍的整流逆变单元及移相变压器，故总的设备重量和体积显著增加，价格也较贵。
目前比较经济的技术手段是采用虚拟24脉冲方案，图3为虚拟24脉冲的典型原理图。图中将虚拟24脉冲分为A部分（T1、C1、M1）和B（T2、C2、M2）部分，每部分单独来看都是12脉冲系统，当他们同时工作时即母联开关闭合时，可组成虚拟24脉冲系统，减少主供电回路的谐波量，可保证电网的总电压谐波含量不大于5%，最大单次电压谐波不大于3%。
图3 虚拟24脉冲典型原理图
3.2 有源滤波器的应用
传统的滤波手段是设置无功补偿电容器和LC滤波器，这两种方法结构简单，既可以抑制谐波，又可以补偿无功功率，一直被广泛应用。但这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振。此外，这种补偿方法损耗大，且只能补偿固定频率的谐波，难以对变化的无功功率和谐波进行有效的动态补偿。
近年来发展迅速的一种抑制谐波方案是采用有源滤波器（APF），它是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。其基本原理是以并联的方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿，见图4。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，实现了动态跟踪补偿。
图4 有源电力滤波装置的工作原理图
有源滤波器（APF）最大的优点是：大幅度较少谐波，几乎无谐波污染，可以将能量反馈到电网，达到节能的目的。在对电网质量要求非常高的场合，APF具有很高效的使用价值。在具有较大转动惯量的变频调速系统中，既能提高系统的制动性能，又能达到节能的目的。
4 变频电缆的选用及敷设
由于船舶电网存在谐波的原因，连接电力推进电机和推进变频器、推进变压器的电缆，在电流传输过程中会产生电磁干扰，这对船上的电子通信系统会严重干扰，同时外界电磁波也可能对其进行干扰。为了抑制电磁干扰，减少整个船舶电网中的电磁辐射，同时提高电缆自身的抗干扰能力，故需采用专用的变频电力电缆。
变频电力电缆屏蔽由分相屏蔽和总屏蔽构成：分相屏蔽一般采用铜带、铜丝编织、铜丝铜带组合或铝塑复合带纵包；总屏蔽可采用铜丝铜带组合屏蔽、铜丝编织屏蔽、铜带屏蔽、铜丝编织铜带屏蔽等。总屏蔽+铝塑复合带屏蔽能提供100%覆盖，此结构的屏蔽电缆可抗电磁感应、接地不良和电源线传导干扰，减小电感，防止感应电动势过大。屏蔽层既起到抑制电磁波对外发射的作用，又可作为短路电流的通道，能起到中性线芯的保护作用。
变频电力电缆均需采用对称电缆结构，对称电缆结构有3芯和3+3芯两种。对称电缆结构有更好的电磁兼容性，对抑制电磁干扰起到一定的作用，能抵消高次谐彼中的奇次频率，提高了抗干扰性，减少了整个系统中的电磁辐射。
变频电力电缆为了防止脉冲电压对绝缘的影响，一般选用交联绝缘，选择实心绝缘而不是选择绕包绝缘，对于电缆护套材料无特殊要求。
5 施工工艺的注意事项
（1）采取合理的电缆敷设工艺
船上的各类电缆分类分束敷设，相互间距离一般在50 mm以上。其中变频电力电缆要单独敷设，距离其他类电缆应≥200 mm。
（2）电缆连接及接地
在变频电力电缆两端点做好内、外屏蔽的接地处理，电缆屏蔽层要可靠接到PE点上，接地尽可能采用单独的接地线。
为防止谐波电磁干扰对自动化系统及电子通信系统的影响，可对船上的电缆采取以下接地工艺：①对于单芯电缆，只在电源端接地；②对于RS485/RS422等串口通信信号，可采用双屏蔽电缆，对绞线内屏蔽在电源端接地；③对于模拟量或脉冲信号，可采用双屏蔽电缆，对绞线内屏蔽在电源端接地；④其他电缆两端接地。
（3）EMC电磁兼容工艺处理
为了保护船上敏感的电子设备免受电磁干扰危害，可采取对电子设备外壳地、数字地多点接地的措施，以确保设备的屏蔽效能。对船上电子、通信导航设备比较集中的舱室确定电磁屏蔽房间，如变频器间、报务室、雷达室、计算机室等，要求所有金属舱壁、地板、顶板和门窗形成一个连续的导电面，其面上任何两点的直流电阻不大于10mΩ。电缆穿过电磁屏蔽室要采用屏蔽接地工艺。
（4）变频器的布置
变频器在船上的布置一是要考虑对变频器的保护，选择安装在恒温舱室，振动小、散热、通风佳；二是要考虑设置单独的推进变频器间，变频器间需远离敏感电子设备集中区域，同时为了减少变频电缆拉敷距离，选择距推进电机尽量近的区域。
6 结语
对于谐波抑制，优先选用虚拟24脉冲方案或24脉冲方案，可以主动抑制谐波，从根本上减少谐波；当谐波超出规范要求时，可选用有源滤波器，但要考虑经济承受能力；选用变频电力电缆及采用合理的电缆敷设工艺及接地工艺，可以减少谐波对电网及船上的电器、电子设备及计算机控制系统的损害；通过采用合理的设备选型及设计，并采用科学的施工工艺，能有效的控制船舶电网中的谐波。
[1]乔鸣忠,于飞,张晓锋.船舶电力推进技术 [M].北京:机械工业出版社.2013.
[2]邰能灵,王鹏,倪明杰.大型船舶电力系统关键技术与应用 [M].北京:科学出版社,2012.
[3]罗成汉，陈辉.电力推进船舶电力系统中的谐波[J].船舶工程,2007(1) .
电力谐波检测研究与应用进展 篇7
1 电力谐波检测方法分类
谐波检测方法是谐波检测的核心环节。谐波测量包括3个步骤:信号预处理、谐波幅值和相位测量、结果再处理。其中信号预处理和结果再处理是辅助算法,为谐波测量服务,以优化测量性能,达到实际应用的目的。谐波测量方法虽在算法设计和现实中占据主导地位,但辅助算法在较大程度上决定了其能否预期执行和装置的可靠性,因此不能忽视对其的设计。
1.1 基于频域理论的模拟滤波检测
早期的谐波测量是采用模拟滤波器实现的。该方法的优点是实现电路简单、造价低、输出阻抗低且品质因素易于控制。但也存在较多不足,突出表现为:(1)实现电路的滤波中心频率对元件参数过于敏感,受外界环境影响较大,难以获得理想的幅频和相频特性。(2)电网频率波动不仅影响检测精度,且检测出的谐波中含有较多的基波分量。(3)当需要检测多次谐波分量时,实现电路复杂,其电路参数设计难度随之增加。(4)运行损耗大,由于频域理论存在上述缺陷,随着电力系统谐波检测要求的提高以及新的谐波检测方法日益成熟,该方法已不再优先选用。
1.2 基于开关函数法的谐波检测
开关函数谐波检测法是分析周波变流电路谐波的有效手段,是将分析的波形表示成一系列已知波形与开关函数乘积和的形式,再将其中的已知波形和开关函数写成三角级数的形式,通过整理化简,从而检测出其中的谐波次数和含量。实际应用过程中,多用晶闸管来实现开关函数的功能,受晶闸管的控制角度和导通参数影响较大,针对动态负载电流电路,难以满足实时性和精度要求。
1.3 基于Fryze功率定义的谐波检测
该方法的原理是将负载电流分解为两个分量:一个分量是与电源电压波形相同的分量,作为有功分量;另一个分量作为广义无功电流。因其实时性较差,检测准确度受电源电压波形畸变影响较大的缺点,目前使用较少。
1.4 基于三相瞬时无功功率的谐波检测
基于三相瞬时无功功率理论的谐波检测法实时性好,既可检测谐波又可补偿无功,在有源电力滤波器中被广泛应用。瞬时无功功率理论突破了以周期为基础的传统功率定义,通过计算系统的瞬时功率值,达到了满足谐波抑制和无功补偿装置快速连续动作的要求。在瞬时无功功率理论的基础上,常见三相电流谐波电流检测方法有p,q检测法与ip,iq检测法,p,q检测法可实时地检测出电流当中的高次谐波电流分量,经适当的变换,还可检测系统的无功电流分量,ip,iq检测法能有效分离系统电流中的基波和谐波成分,该检测误差小、实时性强,可满足实际情况需要,为谐波抑制与无功补偿提供了条件。
1.5 基于傅里叶变换的谐波检测
基于傅里叶变换的谐波检测法是电力系统中常用的谐波检测方法,是离散傅里叶变换(DFT)的一个高效率算法。该方法检测精度高、实现简单、功能多且使用方便,在频谱分析和谐波检测方面均得到广泛应用,但其计算量大,因而实时性较差。从电力系统中电流、电压信号的傅里叶级数
1.6 基于自适应对消原理的谐波检测
目前自适应谐波检测方法研究主要体现在,一是通过计算机软件编程进行仿真研究;二是通过硬件电路来实现。
基于自适应对消原理的谐波检测法其自适应能力强,可较好地跟踪检测且精度较高,但缺点是动态响应较慢[1]。图1是一种改进型自适应谐波电流检测方法的原理图,通过调整积分器的增益较好地解决了上述问题。
1.7 基于小波分析的谐波检测
小波分析是时域分析的重要工具,尤其适合突变信号的分析与处理。其在频域和时域中同时具有局部性,可算出某一特定时间的频率分布并将各种不同频率组成的频谱信号分解成不同频率的信号块。用小波变换的奇异性判断暂态干扰类型,既克服了传统时域方法在检测周期性暂态现象上的困难,又避免了当前基于小波变换检测方法中引入的复杂性问题。
1.8 基于神经网络的谐波检测
神经网络应用于电力系统谐波检测尚属起步阶段,该方法的优点是计算量小、检测精度高、对数据流长度的敏感性低和实时性好[2]。
神经元是组成神经网络的基本单元,具有一定的映射能力、自适应和自学习等功能,故单个神经元可视为最简单的神经网络。通过研究单个神经元的映射关系和学习算法,提出了基于单个神经元的谐波检测方法。所构成的神经元模型为
相应修正权值的公式为
式中,η为学习率,取值过大将影响稳定,过小会使收敛速度变慢,通过加入最后一项惯性项,可使η取值变大。
2 免疫神经网络在谐波检测中的应用
生物免疫系统是一个大规模并行处理的自适应信息处理系统,由免疫器官、免疫组织以及多种淋巴细胞组成,因其具有较强的识别、学习和记忆能力以及分布式、自组织和多样性等特性,相比目前的人工信息处理系统有较多优点,尤其是鲁棒性、自适应和自治性。
抗体多样性是免疫系统的一个重要特性,该多样性可提高遗传算法的全局搜索能力而不致陷于局部解。在免疫调节中,那些与抗原亲和度大且浓度较低的抗体将受到促进,而与抗原亲和度小或浓度较高的抗体将会受到抑制,以此保证抗体的多样性。抗原对应于网络优化的目标函数,抗体对应于神经元个体。依据目标函数决定抗原与抗体的亲和力,依据解的相识程度决定抗体间的亲和力。利用这两种亲和力对解进行评价和选择。
免疫优化算法是模拟生物免疫系统智能行为而提出的仿生算法,是一种确定性和随机性选择相结合并具有勘测与开采能力的启发式随机搜索算法。在电网中,谐波的产生时间和地点具有随机性和多样性的特点。将免疫优化算法与人工神经网络相结合,可得到一种新型的基于免疫神经网络的电网谐波电流检测法,该方法在保持免疫算法免疫功能的基础上,还可提高神经网络的实时性。
免疫神经网络[3]是对神经网络优化设计的一种新尝试,在原有神经网络模型基础上,添加一个“疫苗接种单元”。图2所示为L.Wang、M.Courant提出的一种基于免疫的人工神经网络(Artificial Neural Network based on Immunity,ANNI)模型,其中的免疫单元是用来表达待解决问题的特征信息和先验知识。该模型分为3层,第一层为输入层,由接受输入信号的多个处理单元构成;第二层为信号的处理层,根据输入信号决定处理单元是否处于激活、抑制或非常态以及各状态下信号的处理;第三层为输出层,是根据第二层的结果决定处理单元的输出类型。
免疫神经网络集合了免疫机制和神经网络的信息处理能力,且利用了待解决问题的背后信息和先验知识,因此大幅提高了网络的搜索能力[4]。疫苗单元的加入,使得系统在待检测源信号发生突变时能快速做出反应,从而使信号具有较好的跟踪能力,且在相同的误差精度要求下,基于免疫算法的神经网络的迭代次数要远少于普通神经网络的迭代次数,既节省了训练时间,又提高了检测的实时性,及时为谐波抑制提供了信息,同时网络误差也可快速下降至要求以下[5]。
3 结束语
在电力谐波检测中,较为成熟的是基于傅里叶变换的谐波检测法,传统的傅里叶变换谐波检测技术需要一定时间的电流值,并进行两次变换,计算量大、计算时间长、检测结果实时性差,且易出现频谱泄露和栅栏现象,因此采用快速傅里叶变换来提高运算速度。随着DSP、FPGA等高速运算芯片的快速发展,基于人工神经网络结合小波变换、遗传算法等智能检测算法的研究日益增多,上述算法可有效提高电力谐波检测的准确性和实时性,为谐波抑制提供基础。未来电力谐波检测的发展趋势为:(1)由确定性的慢时谐波测量转变为随机条件下的快速、暂态谐波跟踪;将谐波检测的实时分析与控制目标相结合,使检测与控制一体化。(2)谐波检测算法向智能化、多功能实用化发展,求解方法从直观的函数解析过渡到精确的分析和信号处理。(3)谐波检测效果向高精度、快速度和可靠性高的方向发展,需研究新的谐波特性辨识方法和数学方法,以满足高精度测量的要求。(4)充分利用现有各种谐波检测方法的优点,提出如小波理论谐波检测方法等新的综合检测法。(5)建立一套能将传统功率理论包括在内且物理意义明确的通用功率理论,并将新理论应用于谐波测量中,使谐波测量在实时性和精度方面取得突破。
摘要：对现有谐波检测方法进行了分类,从检测精度、实时性等方面分析了各自的优缺点,重点介绍了免疫神经网络理论及其先进性,从理论上探讨了其应用于电力谐波检测中的可行性。阐述了电力谐波检测方法的研究进展和发展趋势。
关键词：谐波检测,响应速度,检测精度,免疫神经网络
参考文献
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[4]李圣清,彭玉楼,周有庆.一种改进型自适应谐波电流检测方法的研究[J].高电压技术,2002,28(12):3-5.
现代电力系统谐波危害与检测 篇8
一、电力系统谐波的概念
电力系统的理想电压波形是频率为50 Hz的正弦波, 但是由于电力系统大量非线性负荷的存在, 使得电压波形产生畸变, 对产生畸变的非正弦电压波形进行傅里叶分解, 除了得到基频分量, 还会得到一系列基频倍数次的波形, 这些波被称为谐波。国际电工标准认为, 频率为基波频率整数倍的正弦波即为谐波。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量, 影响电网的正常运行。谐波一般分偶次谐波和奇次谐波, 电力系统中由于三相系统的对称性, 偶次谐波已经被消除了, 只有奇次谐波存在, 而奇次谐波的危害要高于偶次谐波。
二、电力系统谐波的危害
20世纪60年代以后, 电力电子装置在电力系统中的应用不断加深, 谐波的危害也引起了人们的重视。谐波对系统的危害具体表现在以下几个方面。
1. 系统损耗增大。
谐波电流使发电、输电和配电过程产生附加损耗, 使得电力系统的一些重要设备温度升高, 运行效率降低。在中性点直接接地系统中, 若大量未经滤除的三次谐波流过中性点, 就可能导致线路过热, 甚至会引发火灾。
2. 影响电气设备正常工作。
谐波会使输电线路损耗增加, 导致线路温度过热, 绝缘老化, 缩短了线路的运行寿命;谐波会增加变压器的磁滞损耗、涡流损耗, 使变压器的局部发生过热;对于电机, 谐波不仅会产生附加的损耗, 还会在电机上产生机械振动、噪声和过电压;对电力电容器, 在高频谐波电压下, 流过电容器的电流会很大, 使电容器产生一定的损耗。
3. 引起谐振。
电力电容器在电力系统中具有无功补偿的作用, 高压输电线路存在较大分布电容。由于线路和变压器电抗的存在, 在一定的谐波频率下, 就有可能引发串联或并联谐振, 谐振会在元件内部产生很大的过电压或过电流, 进而危及设备安全, 影响电力系统的稳定运行。
4. 继电保护装置误动作。
测量装置的准确度受到电能质量的影响, 在标准的工频电压下, 测量装置准确度较高, 但在系统混入谐波后, 测量装置精确度会大大下降。测量装置不准确时, 继电保护装置测量元件会因谐波影响而误启动或者拒动, 造成电力系统继电保护装置误动作, 造成停电事故。
5. 干扰通信。
谐波对通信系统的危害主要在于谐波产生的噪声会对无线电的传播产生干扰, 使通信信道内传播的信号产生畸变, 从而导致通信信号丢失或者畸变。
三、电力系统谐波检测措施
1. 采用模拟带通或带阻滤波器测量谐波。
这是最早的一种谐波检测方法, 本文, 笔者以模拟并行滤波式滤波测量装置为例, 对滤波器滤波方法进行阐述。其原理如图1所示。
先将信号输入放大器, 对信号进行放大, 再依次送入滤波器1、滤波器2、…、滤波器n进行滤波, 其中滤波器的中心频率为工频的整数倍, 按1~n依次增大, 最后送入多路显示器显示。由于这种滤波方法电路结构简单, 在早期的谐波检测中得到了广泛应用, 但由于受外界影响较大, 检测精度不高, 现在已很少使用。
2. 基于傅立叶变换的谐波测量。
该方法检测精度高、功能多, 但计算量大, 计算时间较长, 实时性差。另外, 在采样过程中, 当信号频率和采样频率不一致时, 会产生频谱泄漏效应和栅栏效应, 使测量的信号参数不准确, 相位测量误差会很大, 通常无法满足测量准确度的要求。为减少泄漏误差, 常常采用加窗算法、插值算法、双峰谱线修正算法来降低误差。
3. 基于瞬时无功功率的谐波测量。
Ip–Iq法适用于电网电压畸变和电网电压不对称的情况, 而p–q法则会产生较大误差, 不适用于电网电压畸变。这种方法的优点是实时性好、测量电路简单, 缺点是不够经济。
4. 基于小波变换的谐波检测方法。
小波变换相对于傅里叶变换在频域和时域都能完全局部化, 对波动谐波、快速变化谐波的检测有很大优越性, 但在稳态测量方面不具备优势。综合来说, 小波变换结合傅里叶变换而达到优势互补是一种行之有效的方法。
5. 基于神经网络的测量方法。
电力系统谐波检测与治理探讨 篇9
随着经济的高速发展，电力行业的工业化水平也在不断增长。一方面电力电网装机容量的不断加大、设备的广泛使用，使得越来越多的电子器件参与其中。而这些器件产生的谐波信号和电流混入电网，后果就是导致电能质量下降，对系统内的其他设备产生消极影响，对广大用户也产生了严重危害。电力系统的三大公害包含电力系统谐波、电磁干扰、功率因数降低等三种。积极认识、研究谐波产生的机理，以控制和消除多次谐波，对于改善电网电能质量、保障电力设备经济运行具有重要的经济意义。
1 电力系统谐波的产生
谐波产生大致可以归结为：电能源头质量不高产生的谐波，输、变、配电过程中产生的谐波，用电设备所产生的谐波等。常见的谐波源设备例如旋转电机、变压器、电弧设备、电力电子装置等等。
2 电力系统谐波及危害
电能的利用依赖于稳定可靠的电源供应，而后者则基于有可控频率和电压的有效协调。发电和输电环节是以标称不变的水平运转，以电源调节或变换的方式进行弥补。在正常的交流电网络中，各相电压是时间的周期性函数，呈正弦波形，用电部门和单位都希望电压能一如既往地持续保持这一理想状态，而当电压偏离正弦波形，是由于某些非线性特性的电子元件的影响。
在电力系统中，谐波电压和谐波电流对用电器材设备乃至电网系统本身都会造成严重的危害，其主要分为以下几类：（1）暂态谐波。其产生是由于电气元件的动作引起，另外各种执行设备的故障，也会产生暂态谐波。（2）稳态谐波。电力系统中的非线性负荷越来越多地应用，也导致稳态谐波数量的攀升。
谐波的危害主要体现在：使电能利用效率降低，导致电气设备过热、产生振动和噪声，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振；还会引起继电保护和自动装置误动作，使计量出现混乱。对于系统外部，对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
3 谐波检测方法
消除谐波的方式很多，以下几类是常用的、具有工程实际推广意义的方法。
3.1 有源滤波器
它是在无源滤波的基础上发展完善起来的。其实质上是一个理想谐波源，即时产生与系统谐波的大小和相位反相的谐波，注入系统以抵消该次谐波，达到滤波的目的。在其额定的无功功率范围内，理论滤波效果较好。缺点是造价较高，误差控制导致有源滤波器的性能受到影响。
3.2 无源滤波器
通常安装在设备的交流侧，由多元件构成谐振回路，当谐振频率和某一高次谐波的频率相同时，就可“中和”该次谐波。
3.3 合理选择变压器和电容器
合理地选择变压器的接线方式，可以有效阻止不平衡电流，以及3N次谐波电流从原边注入到系统中。而在三角形、星形变压器里，不平衡电流和3N次谐波电流在原边绕组内循环流动，不会注入电源配电系统中。为了能够改善功率因数和调节电压，在电网中常使用如并联电容器组等设备。
3.4 人工智能技术
人工智能技术的不断突破和飞速发展也使得利用神经元替代自适应滤波器成为很好的选择，这不仅因为其特有自适应和自学习能力，而且输入输出关系明晰，结构简单。目前的瓶颈在于人工神经网络的硬件问题使得应用范围受到限制。
4 电力系统谐波治理措施
4.1 相数调整
整流器是存在于供电系统中的主要谐波源之一，通过提高整流的相数或脉动数，可以消除低次谐波，减少谐波含量，达到抑制谐波效果。此种方法缺点是应用中的投入成本过大，因此从经济角度来看并不是最佳。应用场合多用于大容量的整流装置负载。
4.2 防止谐波放大
主要是防止并联电容器组对谐波的放大。众所周知，并联电容器在电网中起提高功率因数，以及调节波动电压的作用。为避免电容器对谐波的放大，一般采取的措施是：改变限流电抗器；限制电容器的投切容量。
4.3 接线方式
根据需要，通过星形或角形接线方式，可抑制三倍次高次谐波，电流不通，就被抑制消除。
4.4 高功率因数整流器
高功率因数整流器是一种通过对整流器器件本身进行改善，严格控制其产生谐波、同相位电流和电压的组合装置。利用多重化整流器来减少谐波是一种传统方法。此种整流器可以被称为单位功率因数变流器（UPFC）。该方法只能在设备设计选型过程中加以注意，从而达到实际而有效的抑制效果。
4.5 多重化整流电路
利用方波叠加得到接近正弦波或阶梯波，以消除较低次的谐波。重数越多，波形越接近正弦波。与此同时电路也相应越复杂，该方法常用于大容量多负荷情况。
谐波抑制的方法有多种，可以改造谐波源本身，或者基于谐波补偿装置功能进行抑制。这里面有源滤波器是今后谐波抑制的发展方向。
5 结束语
电力谐波治理应该着力于：重组电网结构，电能质量检测系统的搭建和完善，提高检测技术与装备水平，使用电源净化滤波设备进行治理等方面进行更多尝试和探索。如何趋利避害，合理治理、利用电力系统谐波，是从业者需要认真反思的课题。随着行业的重视，近年来设计、运行、维护经验的逐步积累，可以更好地推动无功补偿和谐波抑制技术的进步，打造洁净绿色的电力系统环境。
摘要：随着电力负荷的增加,电网中的谐波污染也日益加重,危害着电网及各种电力设备安全可靠运行。谐波危害已经引起了广泛关注,更多的方案已经被应用于实际中。对谐波进行有效的检测和治理,不仅具有重要的现实意义,还具有极大的工程价值。
关键词：电力谐波,检测,治理
参考文献
[1]GB/T14549-1993.电能质量-公用电网谐波[J].
[2]吕润馀.电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出版社,1998.
电力系统谐波检测与治理的探究 篇10
1 电力系统谐波对电网的危害
1.1 影响发电、输电及用电设备效率
谐波会导致电力设备的附加损耗增加, 降低相关设备的效率, 而且会导致线路过热, 严重会引起火灾。
1.2 影响设备的运行
当电网中存在谐波时, 通过电容器的电流就变得更大, 使电容器损耗的功率增加, 且由于电压变化率大, 局部放电强度大, 更容易加速绝缘介质的老化现象。一般来说, 电压每升高10%, 电容器的寿命就缩短1/2。同时谐波的出现必然会使得机械出现噪声或震动, 产生设备局部过热的现象, 进而影响绝缘效果, 导致设备寿命减短, 影响到整个系统的运行。
1.3 威胁系统的运行
谐波非常容易导致电网谐振, 放大谐波电流, 从而威胁到整个系统的运行, 严重情况下甚至会烧毁电器。
1.4 其他危害
除了上述的危害外, 谐波还会影响到继电保护与自动装置的操作, 影响供电效果, 同时也会影响到仪表的计量, 导致操作失误, 造成经济损失。危害严重时还会干扰到附近的通信设备与计算机系统, 使无线电发射系统等设备无法正常运行。
2 检测谐波的方法
2.1 模拟电路
消除谐波的方法较多, 可以分为主动与被动, 也可以分为有源与无源。目前以有源电力滤波器为主, 但在检测过程中必须要采用模拟电路, 所以成本较高, 而且有源电力滤波器对频率与温度颇为敏感, 容易影响检测效果, 误差较大。近年来, 相关专家对人工神经网络进行了深入的研究, 相对于其他方式而言, 该系统的适应能力与学习能力较强, 而且结构简单, 可以更加准确地检测出谐波电流, 但其硬件环节仍然较为薄弱, 因此使用范围有限。
2.2 傅立叶变换
该方法实现了数字域的检测, 电力系统的谐波检测多采用这一方法, 但该方法在进行傅立叶变换时可能产生泄露, 导致误差。同时, 对于离散傅立叶变换来说, 如果不是整数周期采样, 即使只有单一频率信号, 那么也无法求出信号准确的参数, 此时可以通过加窗来降低泄露而导致的误差。
2.3 小波变换
该方法主要被应用在信号分析、语音识别与合成、自动控制及图像处理与分析等领域中, 电力谐波是由各种频率成分合成的, 信号随时可能出现或消失, 如果采用离散傅立叶的方式处理会产生较大的误差, 此时小波变换方法较为适用。完成谐波的采样离散后, 采用小波变换来处理信号, 实现谐波的精准测定。同时小波具有自动“调焦”的特点, 而且按照频率来处理信息, 此外小波变换对处理时变与暂态信号也具有明显的优势。
3 治理电力系统谐波的策略
3.1 增加整流变压器二次侧整流的相数
对于带有整流元件的设备应尽量采取增加整流的相数或脉动数的方式来消除低次特征的谐波, 降低谐波产生的谐波含量, 多在设计环节予以采用。作为供电系统的主要谐波源, 整流器在交流侧产生的高次谐波为tk1次谐波, 此时增加整流的相数或脉动数, 对低次谐波具有较好的抑制作用。但该方法却仅在理论上可行, 在实际操作中成本过高, 且技术水平有限, 因此多被运用在大容量的整流装置负载中。
3.2 整流变压器采用Y/或/Y接线
这一方法主要被运用在抑制3的倍数次的高次谐波中, 例如整流变压器采用/Y接线, 当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组内时, 其中3的倍数次高次谐波电流无路可通, 即可达到一致的效果。但这一方法会使铁心内产生3的倍数次高次谐波磁通, 继而在变压器原边绕组内出现电动势, 产生谐波电流, 由于相位相同, 在绕组内出现环流使能量消耗在绕组电阻中, 达到消除谐波的目的。相比较之下, 该方法可以自然地将谐波消除, 成本低而且操作简单。
3.3 选择高频率因数的整流器
消除谐波多采用整流器的多重化, 但这一方法形成的整流器还不能称为高频率因数整流器。所谓的高频率整流器就是对传统的整流器进行改造, 避免谐波的出现, 这一方法必须要控制好设计水平, 提升实践效果。
3.4 整流电路的多重化
所谓的多重化就是将多个方波叠加在一起, 将次数较低的谐波消除掉, 进而得到接近正弦波的阶梯波, 重数与波形成正比, 但电路更加复杂, 所以多见于大容量的场合。同时, 这一方法不仅可以减少交流输入电流的谐波, 也可以降低直流输出电压中的谐波幅值, 提高纹波频率。将该技术与现代化的PWM结合, 对谐波的抑制效果较好。
4 结束语
随着科学技术水平的提高, 信息技术水平的改善, 电子技术与计算机网络技术的快速发展, 电能质量受到了越来越多的关注, 因此, 采取措施加强电能质量管理是必然趋势, 现代化先进仪器的运用也是时代发展的必然要求。同时, 相关部门必须要建立并完善电能质量检测与治理系统, 对当前我国供电系统与电能质量进行管理, 分析电网系统中导致谐波出现的原因, 并根据存在的问题采取措施, 提升我国电网系统的稳定性、安全性与经济性, 推动我国电力系统的发展, 促进电能质量的提高。
摘要：近年来, 人们对电力系统谐波危害有了更加深刻的认知, 为了确保供电系统的供电质量, 加强电力系统谐波的检测与治理是十分必要的。本研究主要阐述了电力系统谐波对整个电网产生的危害, 例举了谐波检测的方法, 同时提出了治理电力系统谐波的主要措施。
关键词：电力谐波,检测,治理,供电质量
参考文献
[1]吕润馀.电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出版社, 1998:62.
电力谐波检测 篇11
关键词：STM32F103RBT6；CS5463；电力谐波；Zigbee
中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）01-0051-03
目前，国家电网对电力传输线参数的检测工作做得很全面，但是在0.4 kV的负荷电网中，电能质量检测的普及程度仍然很小。从前期分析可知：国家电网的用户量大，一般的检测系统耗电量和成本都比较高，所以相应普及度很小。
平板智能电视、平板电脑、智能手机、全自动空调等微电子产品不断的涌现，对电能质量的要求越来越高，负载端电能质量的检测与优化势在必行。为此，提出以下设计与实现方案：有效的检测电力线谐波，并在实现功能的基础上控制到最低的成本。低成本的电能参数检测系统主要检测0.4 kV网络的电参数和计量电量，并传输给以Zigbee传输参数的无线电参数检测器，以最低的成本实现终端电力网络负荷统计和电能质量检测的网络化与智能化，方便电力公司部门提供高质量电能。
1 采样设备的整体结构
系统由单片机控制系统、电力供应系统、分布式信号采样与调理系统、Zigbee无线传输与组网系统等组成。分布式信号采集与调理系统作为系统采样设备的前端，负责采集220 V的实时电压和电流，并将供给电压电流通过信号调理模块调制到0～3 V的范围内，供后端的AD转换器使用。单片机控制系统控制AD转换器的采样频率，并将采取数据进行FFT，通过无线传输与组网模块将最终数据打包发送出去。无线传输模块主要进行数据的传输和自组网，保证与上位机进行数据交换可靠。设备供电系统将110～240 V的交流转换为5 V和3 V的直流电，供给其他模块使用。系统结构如图1所示。
2 采样设备的设计方案
2.1 采样与调理电路的设计
采样电路作为前端信号输入端，需要满足的要求是： 1） 采样电路能安全采样，接入采样点后不会对电力线路造成影响；2） 采样电路的采样电压和电流能够在调理电路中顺利调理；3） 调理电路需要对采集的电压信号进行偏置实现，将交流信号转换为直流信号，并且调节电压最大值不超过3.3 V。调理模块的结构如图2所示。经过调理的信号各电路的输出波形如图3所示。信号采样电路、信号偏置电路和信号放大电路如图4—6所示。
2.2 控制器模块的设计
控制器的主要作用是信号采集和数据处理。由于采集设备没有实时要求，所以采用性能比较优越的STM32F103RBT6单片机，通过自身外设DMA进行数据传输，将数据存到自身的SRAM里。采集数据是6400 次/s，所以自带的SRAM有足够的空间进行计算和暂存，运算效率高，单片机电能损耗少。硬件电路设计如图7所示。
2.3 无线通讯模块的设计
单片机将经过处理过的数据进行打包，通过无线的Zigbee模块发送出去；无线通讯模块在空闲时段处于接受模式，随时接收上位机下达的命令。硬件电路如图8所示。
3 采集设备软件设计
采样设备自动进行外部设备的初始化和对上位机的注册，注册成功后自动切换到命令等待状态，等待上位机的命令。接收到上位机的查询命令后，采集终端设备立即开启定时器和AD转换器进行6400 hZ的电压取样。存储到SRAM中，采集500 ms的数据进行FFT计算，将计算结果和原始数据封包发送给上位机，完成一次远程采样分析。
4 结论
本次设计具有低功耗、环保的特性。当关闭主机软件时，终端机可以单独的脱机运行，在不进行大数据处理的时候，单片机处于待机状态，只有CS5463处于持续的电能计量状态，能耗相对很低。电路板避免使用电解电容，且每个电容的设计都在22 uf以下，符合国家防爆标准。同时电路器中镍铬器件很少，对环境污染少，且滑轨式的安装形式使得安装更加方便。采集设备与上位机通讯稳定，比专业的谐波测试仪器价格便宜，且设备简单、可复制性非常强。通讯模式节点容量大，由Zigbee自组蜂窝式拓扑结构的网络，通讯距离，远功耗小，市场应用前景广阔。
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Abstract： In order to achieve low-cost power line harmonic detection， it is necessary to develop power harmonic sampling equipment based on STM32F103RBT6 embedded microcontroller， it uses CS5463 chip power collection and radio parameters detector transferring parameters by Zigbee， to realize the acquisition and detection of electric parameters and the metering of the amount of electricity in rural 0.4Kv low-voltage grid. The article introduces general architecture of the equipment， thoughts of software and hardware design and its implementation. The test result shows that the device is capable of doing harmonic sampling and analysis in a short time， and has the advantage of strong stability， scalability and low cost.
Key words： STM32F103RBT6； CS5463； power harmonics； Zigbee
探讨电力系统谐波检测及抑制措施 篇12
各类电子变流设备已经在电力系统工程中得到广泛应用, 但是细致节点以及设备自身产生的谐波效应却始终不可改善, 相应地给周围工作环境造成深刻影响。具体表现为:过电压危情极度泛滥、设备性能干扰元素密布, 这类现象已经成为系统工程正常运作的主体危害源。关于这方面研究工作较为复杂, 需要将谐波产生、过渡流程计算清晰, 之后才能确保抑制出口的开发设计, 为精确电气测量工作灌输疏导力量。
1 谐波产生细则论述
在整个电力系统工程中, 谐波被认为是疑定形态下工频整数倍数的结构模型, 在各类暂态变化中, 其产生机理是借助大容量电力换流过程以及各类非线性负荷引起, 整个畸变电流具体可以分解为基波、谐波电流分量元素。在这种条件下的基波电压与供电架构的内部抵抗功能几乎毫无关联。按照目前电力架构形态研究, 尤其当变压设备处于正常工作状态时, 各类分散隐患不会引起系统电压的波动反应, 如若短路状况莫名滋生, 就会使得正常工作条件逐渐散去, 而后便积压一定数量的谐波含量效应。
系统架构内部的主体谐波源包括整流器械、电压协调设备以及感应炉器具等, 而铁道机械运用较大容量的单相整流供电媒介, 在具体稳定谐波电流的基础上, 还会针对三相交流电管理系统造成一定程度的负荷损害。此类负荷长期积压, 势必造成结构电流的畸变效应, 同时对整个通信线路衍生不必要的干扰结果。
2 谐波的具体危害现象分析
2.1 绕组之间的热损耗现象
结合交流变电设备以及感应电动装置在内部绕组之间产生的热损耗反应进行分析, 发现除了谐波电流铜损元素之外, 还存在电流突兀交错的附加损耗内容, 这使得转子整体损耗数量急剧膨胀。对于大型发电机械来讲, 如若谐波振荡现象多次侵蚀, 同期电流越过额定界限, 转子媒介极有可能因为局部过热问题而导致设备损坏结果;而变压器内部铁芯也会在涡流损耗的衬托下, 引起谐波电流的冲撞, 同时在铁芯之上滋生感应磁通反应, 激发铁损隐患。
2.2 单相重合闸失灵
架空线路之中, 谐波电流一定会滋生热损结果, 相关分量会引起电流运作混乱现象, 造成单相重合闸失灵结果, 加上电缆热损问题的蔓延, 使得介质温度升高, 表层破损问题积压。
3 科学检测谐波问题的方式研究
现下具备现实存在意义的测量方式就是结合DPLL进行信号同步改良调节, 并以此来减小频谱泄露反应。设计人员需要依照DPLL装量原理构造图进行细致解析, 尽量将系统电压信号相位与锁相环输出反馈信号进行科学的相位对比, 如若内部失步问题重生, 各类相关频率因素就必须接受滤波控制之后再进行同步衔接。结构如若确认锁定.涉及输入信号变化过程就会被全程记录, 进而维持相关频率的同步运转效率:经过记录数据调查, 后期输出的同步信号在采样和加窗函数中均有所呈现, 证明实践流程具备实时性优势。
3.1 依照神经网络开发的检测技术
配合神经网路进行这部分谐波元素的测量工作, 具体可}弱绕架构基础、样本模型实施同步计算, 这样便能够将传统疏通途径的屏障克制, 进而解决系统识别问题。其中, 径向基函数属于三层静态格式下的前向网络, 与前两项输入层、隐含层交相呼应。具体测量原理表现为:利用输入节点作为待测信号存储终端, 在检波器输出的支持下, 将各次谐波信号幅值清晰提炼;隐性单元会透过在线媒介实现合理分配, 同时在动态空间内部建立隐性元素变结构的计算渠道, 联合电力系统内部谐波特点开展样本改造工作, 最终解析高次谐波分量的幅值变化规则。
3.2 配合小波变换的计量模式
小波变换理论在数学发展过程中灌输着重要的支承效用, 特别是在信号分析工作中得到广泛应用, 为后期语音识别、合成奠走适应基础。电网谐波在随机频率环境下存在迹象过于飘渺, 因此在离散变换处理受到局限的基础上, 能够将这部分小波变换优势发挥完全, 在具体处理谐波采样离散职责过程中, 配合数字信号进行谐波清晰测定:这种分析技术具备局部化特性, 针对边缘峰值波动信号抽取工作较为适用, 可以在谐波检测工作中得到大力推广。
4 谐波抑制工序解析
在这类系统基础上进行谐波管制, 其实就是研究外部元素注入规律, 同时规划电压控制限定标准, 具体抑制渠道可围绕以下两个层面拓展:
4.1 谐波源内部含量调节
依据谐波源分布标准进行适当扼制, 此类措施现实意义比较一阔, 有利于电网整体工作质量的提升, 后期隐患消除费用也较为台差=细化流程如下:因为整流媒介作为电网架构中的主体谐波源, 持匠颈谱与脉冲数维持正比关系, 在两者同时上涨的前提下, 诸渡电交鸯爨
降低;再就是应用PWM, 在特定频率周期范围内, 将直美毫玉蔼节成为等幅不等宽的电压脉冲形态, 进而达到谐波抑制的终投目荐:篆照PWM逆变设备工作条件分析, 因为输出波形存在周赣性鸶至, 三单位半波基本满足对称要求, 具体幅值数据会徘徊在正负一之复.辱以可配合谐波开关角调节流程实施谐波抑制工序:
4.2 谐波电流的吸收
此类途弪主张针对已有谐波实施克制, 并且已经或为毛力系统广泛应用的调试工艺。具体模式如下:科学布置并联电容垂譬镌.有力减少对谐波的放大作用。在谐波交织范围下, 电容器组多少会对谐波造成放大反应, 对于周边设备安全地位造成限制:在这尊状况下.可以具体应用串联形式的电抗设备, 将既定支路改造或为滤渡媒介, 同时限定电容器的容量, 进而将放大隐患克制完全。
5 结语
电力系统内部的谐波危害问题已经受到管制单位重视, 面对如何精准地改善检测条件, 维持抑制成果这类闽题, 需要电能质量管制人员多加研究, 争取将电网内部无功功率补偿问题解决, 避免阶段成本的堆积现象, 最终维持产业可持续发展优势。
摘要：现如今, 随着我国电力事业的迅速发展, 社会生产水平的提高, 对电力系统的稳定性要求越来越高, 故涉及系统谐波协调控制和检测优化工作要求也越来严格, 因此, 本文具体联合电力系统谐波产生规律以及后期不良后果进行详细论证、解析, 对抑制不良反应方案进行有机整合, 尽量维持电力事业长期可持续发展。
关键词：电力系统,谐波检测,抑制措施
参考文献
[1]黄妍.电力系统谐波监测技术与治理对策分析[J].科技与企业, 2012 (12) .
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