电力系统谐波检测方法的研究现状及其发展

电力系统谐波检测方法的研究现状及其发展【摘要】本文首先介绍了谐波源及其危害，然后介绍了谐波测量方法，最后介绍了电力系统谐波检测方法发展趋势。【关键词】电力系统，谐波检测，研究现状，发展一、前言近年来，随着我国社会的不断发展，推动我国电网的不断发展，各类负载设备不断的使用量不断增多，导致电力系统中电压波形发生严重畸变，直接影响电网的稳定和安全运行。在分析谐波源以及治理谐波的过程中，对电力系统谐波进行检测成为了非常重要的组成部分之一。二、谐波源及其危害1、谐波源在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。在发电环节中对发电机的接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备。①具有铁磁饱和特性的铁芯设备如：变压器、电抗器等。②以具有强烈非线性特性的电弧现象的设备如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等。③以电力电子元件为基础的电源的设备如：各种电力交流设备（整流器、逆变器、变频器）、相控调速和调压设备，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气化铁道、冶金、矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。2、谐波危害①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。②谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。③谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。④谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。三、谐波测量方法解决谐波传输过程中出现的问题和对谐波进行检测，才能全面了解谐波频率的检测和定性，才能实时监控电网传输中产生谐波的含量及方向。通过对电量电压幅值、电向参数、谐波含量的精确检测，可确保计量仪表的准确度。检测谐波源以及改进治理方法对改进和提高电网传输质量有很大的帮助。谐波的出现显得无规律可循，随机性、非线性很强，要想测量谐波显得非常困难。它会对电网电力传输产生一定的影响，对用电仪器的工作性能产生干扰。因此许多专家学者都对谐波产生和处理解决方法进行研究。从目前的研究成果上来看，能产生检测效果的测量谐波方法有以下几种：1采用模拟滤波器；2采用无功率原理的检测方法；3以傅里叶理论作为检测方法；4从神经理论角度对谐波的测量方法；5以小波段频率变换的测量方法；6以虚拟仪器的谐波测量为基准的测量方式。1、采用模拟滤波器模拟滤波器检测是对谐波进行检测的最早方式。其检测方式是通过带组滤波器来检测谐波的。操作过程和方式及其简单，优点是检测成本低，能使电网中的一些固有频率的谐波屏蔽掉。采用滤波器的检测方式有两种：A是以电量通过滤波器的方式去除电压中的谐波分量。从而分析谐波电压分量的形成。B电量通过滤波器检测出其基波分量，同被检测的电压进行比较相减，从而得到谐波电压。此方法虽然简单有效，但方法陈旧、误差大。而且由于电路元器件受环境、地点的影响较大，这种方法的准确性并不显著。2、采用无功率原理的检测方法。此种方法的准确性很高，能准确检测出谐波值。这种方法运用三相电路与电力滤波器来检测谐波。原理是在电路电量传输过程中的瞬间进行检测。此方法效果虽好，但是基础准备繁琐、花费高、不适用。3、采用傅里叶理论的检测方法。现阶段使用较多的检测方式是采用傅里叶原理的谐波检测方法。此方法实施简便，可快速检测出谐波的幅值、谐波频率和产生位置。当检测信号中谐波的指数是标准频率的整倍数时，测量精度会达到最高。但是检测的缺点也很明显，需要有充足的时间。检测一次后要从新定值进行第二次检测，根据两次测量的数据进行统计。并且检测时信号分量不是标准电量整倍时，此种算法将会产生电流频谱的泄漏，将影响检测时的谐波幅值、产生方位和频率的误差。由于此种方法的检测效果明显，有些学者专家曾提出对其改进的方式。用检测仪器采集的数据与泰勒数据进行比较，整理出其周期性排列数据。与检测数据进行比对修正，可在使用原有检测设备的基础上，不增加原有的数据，提高对谐波数据的精度修正。4、从神经网络理论角度对谐波的测量方法。神经网络原理在谐波检测中的运用非常成功，它也可以用来辨别和测量谐波，是用有源电力滤波器，以神经元自适应原理检测电流谐波方法，提高了对谐波的检测速度。这种以仿真形式模拟途径的测试表明，对有源滤波器检测电流中谐波的能量和方位提供了一个有效的途径。5、以小波段频率变换的测量方法现阶段的检测方法是以FFT信号波段的谐波测量方式。这种方法检测的效果最好、最准确。问题是实际操作过程中的步骤较繁琐，采样和实际频率很难做到严格的同步匹配，时间操作的细小差异和电量稳定，都足以产生检测误差。都会产生谐波频谱泄露，使测量的谐波值和谐波方向的频率与实际当量存在细小的差别，很难满足系统对精度的需求。所采取的针对性措施就是选用加窗插值方法对FFT计算的修正。此方法可有效减少谐波频谱泄露的产生，对其他各种次谐波的的干扰也有抑制作用。6、以虚拟仪器的谐波测量为基准的测量方式。虚拟仪器是由计算机系统经过编程产生的一种测量仪器的软件，它以计算机为平台，用数据链塑造出仪器形式出现在屏幕上，它的核心内容是已经鉴定和设定相关的检测信息和方法。一旦接入对谐波数据的采集和检测，经过计算会立刻显示结果。此软件是对加窗插值FFT系统的补充，经检验测量稳定，四、电力系统谐波检测方法发展趋势近年来，随着谐波检测技术的不断发展，使得谐波检测在算法方面呈现出复杂化和智能化的发展趋势，同时，谐波检测算法也由直观的函数解析发展成为复杂的数值分析和信号处理，人们也越来越关注谐波分析算法和谐波测量装置之间的移植。目前，谐波检测方法由确定性的稳态谐波测量逐渐朝着随机条件下的快速动、暂态谐波进行实时跟踪方面发展，以确保电力系统的稳定运行。目前，功率定义和理论仍需进一步完善，以便提出新理论和新的谐波检测方法，并将其应用于谐波实际检测中，不断提高谐波检测的实效性和精度。此外，谐波检测设备的精度、速度以及可靠性仍需进一步提升，以提升谐波检测的实效性和精度。电力系统谐波检测应当与实时分析、控制目标进行有机结合，促进谐波测量与控制集成化和一体化，降低电力系统中谐波带来的危害。五、结束语电力系统中谐波直接影响电网供电质量和变压器正常运行，危害输电电缆和用电设备。随着科技的发展，对谐波检测手段也在不断更新，方式也向智能化、实用化、简单化、精确化发展。参考资料[1]董新彪.电力系统谐波检测方法的研究[J].中小企业管理与科技，2013，（1）：323.[2]荣海舟，佘梅香.电力系统谐波检测的研究现状及发展[J].科技创新导报，2010，（7）：228-229.[3]熊杰锋，李群，袁晓冬等.电力系统谐波和间谐波检测方法综述[J].电力系统自动化，2013，37（11）：125-133.[4]崔晓荣，王军，曹林等.电力系统间谐波检测方法现状与发展趋势[J].电测与仪表，2012，49（5）：6-10，16.[5]宋洋.电网谐波污染及电力系统的谐波电流检测研究[J].黑龙江科技信息，2013，（14）：8.