浅谈电力系统谐波检测现状及发展

摘要：随着电力技术的发展，大量分布式电源的投入使用致使电网中的谐波分量严重影响了电能质量和电网的可靠性，因此谐波的测量非常重要。本文对电力系统谐波检测的现状及发展进行了分析探讨。

关键词：电力系统；谐波检测；现状及发展

当前电力系统中大量非线性、强耦合负载的投入使用使得谐波问题变得日益严重，电力系统的谐波主要是由于电能在输送过程中受到各种环境因素的影响而引发的到达用户的电能波形的失真而产生的。失真的波形不再具有周期性的特性，且单位时间内完成周期性改变的次数也不再固定。谐波分为谐波和间谐波，其中谐波在单位时间内完成周期性改变的次数为基波的整数倍，而间谐波与基波频率则不具备整数关系。由于谐波和间谐波造成的电力系统的电能污染在生活中普遍存在，严重影响了用电设备、变电站和电力系统载波通讯等设备的正常使用，是电力行业已不得不面对的一个重要问题，同时它也对电力系统的安全经济运行造成了不可忽视的损失。

1.基于模拟滤波检测法

基于模拟滤波器检测谐波的原理是利用滤波器滤掉无关分量从而得到待分析的分量。第一种方法是采用低阻滤波器，允许高频的谐波和间谐波通过，并且通过衰减基频分量从而达到滤波的目的，这样就得到了谐波分量；第二种方法则是采用带通滤波器，将其他频率的分量衰减至零，留下基频分量，然后通过基本集成运放电路与电能信号相减，从而得到谐波分量。这种算法只需要通过滤波器滤波来进行操作因此十分简单，并且其结构也相对简单，然而通过滤波的方法造成的误差也比较大。因为滤波器很容易受到干扰而使得其性能不精确，同时电能的输送非常容易受到环境的影响因此这种算法逐渐被替代。

2.基于瞬时无功功率的谐波检测方法

瞬时无功功率检测方法原理来自于1983年被日本学家H.Akagi提出的三相电路瞬时无功功率理论，而后研究者在此基础上提出了基于瞬时无功功率的检测算法，通常该算法可以通过加装光源滤波器或有源滤波器实现。而相对来说有源电力滤波器的应用较多，其可以通过动态抑制谐波并补偿无功来检测出电能中的谐波分量和不对称分量，由于有源滤波器响应快速，因此能有效的检测出谐波。然而，这种方法非常昂贵，并且不能分别获得每个谐波的特定幅值、频率和相位。在进行谐波检测时，需要根据条件进行多次坐标变换，对CPU的要求很高，计算量也非常大。

3.基于神经网络的谐波检测方法

该检测方法是一种跨学科检测算法，它借鉴了生物学领域的相关理论，基于神经网络的检测方法主要为有线性神经网络检测法和BP神经网络检测法，其基本原理就是不断的调整加权值来减小误差并将误差进行反向传播，直到误差在要求的范围内并得到谐波信号。神经网络因为其非线性良好、自主学习和精度高的特点，同时还具备并行处理能力，近年来广泛用于各个领域。神经网络算法在电力系统的应用主要集中在对电网的故障诊断。当电网发生故障时，将故障产生的信息传输到神经网络中，通过神经网络中的样本库的选择对比将诊断结果作为输出量输送出来。然而这种方法的应用程序需要大量的样本作为支撑，相对应的计算时间也会更长，因此在实际中应用的也不多。

4.基于小波变换的谐波检测算法

基于小波变换的谐波检测算法是将无限长的三角函数基波通过变换成为许多有限长的会衰减的小波基波，然后对每项小波的参变量进行重构，因此它可以很好的重建信号细节。基于小波变换的谐波检测算法能够通过变换突出问题在一些方面的特征，具有良好的灵活性。它通过在一个平面上将所有的信号序列点按照某个方向做相同距离的移动伸展与收缩来进行细化处理，使高频信号分量在时域内精细划分，而低频信号在频域内进行精细划分，能够实现分析时域和频域的细节。然而，在稳态谐波信号的检测中，该方法并不理想，重建精度不高，并且频率混叠。虽然小波变换能够对信号的时域和频域进行很好的分析和处理，然而没有适合分析谐波的小波函数会导致低频部分的分解计算量巨大，因此找到一个合适的小波基函数是一个重要但是非常困难的研究方向。

5.基于傅里叶变换的谐波检测方法

基于傅里叶变换的谐波检测方法是目前被广泛使用的一种方法。其原理是通过把采样序列从时间领域变到频率领域的方法来研究采样序列的规律。离散傅里叶变换（DFT）是进行信号分析最基本的方法，它表示的是傅里叶变换在时域和频域信号都呈现离散的形式。快速傅里叶变换（FFT）是高效计算离散傅里叶变化的一种方法，这种算法能大幅减少离散傅里葉变换所需要的计算次数，并且采样点数越多，计算越简便。由于电力系统的频率受各种因素干扰使得它们在一定的范围内波动，而采样要求采样频率与实际运行的频率保持固定的比例关系，所以难以实现跟踪采样的精确性，因此在非同步采样或非整数采样时会产生频谱泄漏、栅栏效应等误差，使得傅里叶变换在电能领域的应用具有局限性。而在FFT的基础上通过加窗插值或者双谱线校正等方法能够提高检测的精度，为谐波分析提供较为准确的估计值。

随着科技发展日新月异，电力系统的谐波检测技术也得到了不断地改进和完善，同时硬件设备性能的加强也为谐波算法的精度和算法的实时性的提高提供了坚实的基础。当前打造坚强的智能电网已成为全球趋势，而电力系统谐波的算法日益智能化、高性能化也正是顺应这一趋势的发展模式。目前我们仍然需要重视电力系统的谐波治理，降低谐波所带来的危害，确保我国电网更加稳定的运行。

6.结语

谐波测量算法的完善改进和谐波分析方法的研究对于电力系统的安全稳定运行至关重要。因此，当前人们的研究方向仍是建立更为完善的分析理论，并将理论应用于谐波的测量值，使得测量更为精准，进一步提高电能质量和电网的可靠性。

参考文献

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[2]王东冬，苏威.电力系统谐波分析[J].通信电源技术.2017，34（5）：216.

[3]曹英丽，尹希哲.基于BP神经网络和全相位快速傅里叶变换的电力系统谐波检测技术研究[J].现代电子技术.2017，40（1）：125-128.

作者简介：肖茜（1993.11-），女，汉族，湖北武汉市人，武汉理工大学自动化学院电气工程专业硕士研究生，主要研究方向：智能电气设备。

（作者单位：武汉理工大学自动化学院）