電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及諧波干擾其檢測(cè)方法分析

　　3 諧波的檢測(cè)和分析方法

　　對(duì)電力系統(tǒng)諧波問題的研究涉及面很廣，如諧波源分析、諧波檢測(cè)、畸變波形分析、諧波抑制等，其中很重要的一個(gè)方面就是諧波的檢測(cè)，它是解決其他諧波問題的基礎(chǔ)。但由于電力系統(tǒng)的諧波受到隨機(jī)性、非平穩(wěn)性、分布性等多方面因素影響，要進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)并不容易，因此，隨著交流電力系統(tǒng)的發(fā)展，也逐漸形成了多種諧波檢測(cè)方法，如模擬濾波、基于傅氏變換的頻域分析法、基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測(cè)方法、小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

　　3．1 模擬濾波和基于傅氏變換的頻域分析法

　　模擬濾波器方法和基于傅氏變換的頻域分析法都是基于頻域理論，屬于早期的諧波檢測(cè)方法。模擬濾波器法有兩種，一種是通過濾波器濾除基波電流分量從而得到諧波電流分量；另一種是用帶通濾波器得出基波分量，再與被檢測(cè)電流相減后得到諧波電流分量。這種方法實(shí)現(xiàn)原理和電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能濾除一些固有頻率的諧波，易于控制，但誤差大，實(shí)時(shí)性差，受外界環(huán)境影響較大，參數(shù)變化時(shí)檢測(cè)效果明顯變差。

　　基于傅氏變換的頻域分析法根據(jù)采集到的一個(gè)周期的電流值(或電壓值)進(jìn)行計(jì)算，得到該電流所包含的諧波次數(shù)以及各次諧波的幅值和相位系數(shù)，將需要抵消的諧波分量通過傅里葉變換器得出所需的誤差信號(hào)，再將該誤差進(jìn)行傅里葉反變換，即可得補(bǔ)償信號(hào)。這種方法精度高，使用方便，但需要一定的時(shí)間采樣并且要進(jìn)行兩次變換，計(jì)算量大，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)性不好，大多用于諧波的離線分析。如果需要提高實(shí)時(shí)性，可以利用數(shù)字鎖相同步采樣法使信號(hào)頻率和采樣頻率同步(如圖1所示)，通過圖中的相位比較器把采樣信號(hào)的相位和頻率與鎖相環(huán)輸出的同步反饋信號(hào)進(jìn)行比較，再將其輸出經(jīng)濾波后控制壓控振蕩器的頻率，直到輸入頻率和反饋頻率同步為止，然后鎖定并跟蹤輸入信號(hào)頻率的變化，保持同步，并用輸出的同步信號(hào)去控制采樣和加窗，從而獲得較好的實(shí)時(shí)性。

　　隨著電力系統(tǒng)對(duì)諧波檢測(cè)要求的提高以及各種新的諧波檢測(cè)方法日益成熟，這兩種方法一般不再優(yōu)先選用，而且即使在穩(wěn)態(tài)諧波檢測(cè)中使用傅氏變換的頻域分析法也大多采用快速傅里葉變換及其改進(jìn)算法。

　　3．2 基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測(cè)方法

　　瞬時(shí)無功功率理論是日本學(xué)者赤木泰文等人于1983年最先提出的基于時(shí)域的一種理論，以瞬時(shí)有功功率p和瞬時(shí)無功功率q為基礎(chǔ)，即p-q理論。該理論是在瞬時(shí)值的基礎(chǔ)上定義的，突破了傳統(tǒng)功率理論的平均值意義，不僅適用于正弦波，也適用于非正弦波的情況。它的基本原理是將三相瞬時(shí)電壓電流經(jīng)旋轉(zhuǎn)、正交坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換到兩相坐標(biāo)中，根據(jù)兩相瞬時(shí)電壓電流合成為旋轉(zhuǎn)電壓矢量和電流矢量并經(jīng)投影得到三相電路瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無功電流，進(jìn)而得到瞬時(shí)有功功率和無功功率，再經(jīng)過高次諧波分離和反變換，從而得到諧波電流分量。但這種計(jì)算方法對(duì)于產(chǎn)生畸變的三相電壓將存在較大誤差，不能準(zhǔn)確地檢測(cè)出各次諧波，此時(shí)，可以使用改進(jìn)的ip-iq法，如圖2所示。

　　ip-iq法以計(jì)算瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無功電流iq為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)三相電路中各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為ea，eb，ec和ia，ib，ic，先將三相坐標(biāo)電流轉(zhuǎn)換到兩相坐標(biāo)iα，iβ，然后根據(jù)定義式：