電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及諧波干擾其檢測方法分析

　　3 諧波的檢測和分析方法

　　對電力系統諧波問(wèn)題的研究涉及面很廣，如諧波源分析、諧波檢測、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，它是解決其他諧波問(wèn)題的基礎。但由于電力系統的諧波受到隨機性、非平穩性、分布性等多方面因素影響，要進(jìn)行實(shí)時(shí)準確的檢測并不容易，因此，隨著(zhù)交流電力系統的發(fā)展，也逐漸形成了多種諧波檢測方法，如模擬濾波、基于傅氏變換的頻域分析法、基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的檢測方法、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方法。模擬濾波器法有兩種，一種是通過(guò)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，再與被檢測電流相減后得到諧波電流分量。這種方法實(shí)現原理和電路結構簡(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，參數變化時(shí)檢測效果明顯變差。

　　基于傅氏變換的頻域分析法根據采集到的一個(gè)周期的電流值(或電壓值)進(jìn)行計算，得到該電流所包含的諧波次數以及各次諧波的幅值和相位系數，將需要抵消的諧波分量通過(guò)傅里葉變換器得出所需的誤差信號，再將該誤差進(jìn)行傅里葉反變換，即可得補償信號。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，計算量大，檢測時(shí)間較長(cháng)，檢測結果實(shí)時(shí)性不好，大多用于諧波的離線(xiàn)分析。如果需要提高實(shí)時(shí)性，可以利用數字鎖相同步采樣法使信號頻率和采樣頻率同步(如圖1所示)，通過(guò)圖中的相位比較器把采樣信號的相位和頻率與鎖相環(huán)輸出的同步反饋信號進(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頻率的變化，保持同步，并用輸出的同步信號去控制采樣和加窗，從而獲得較好的實(shí)時(shí)性。

　　隨著(zhù)電力系統對諧波檢測要求的提高以及各種新的諧波檢測方法日益成熟，這兩種方法一般不再優(yōu)先選用，而且即使在穩態(tài)諧波檢測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(wú)功功率理論的檢測方法

　　瞬時(shí)無(wú)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(wú)功功率q為基礎，即p-q理論。該理論是在瞬時(shí)值的基礎上定義的，突破了傳統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、正交坐標變換，轉換到兩相坐標中，根據兩相瞬時(shí)電壓電流合成為旋轉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(wú)功電流，進(jìn)而得到瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率，再經(jīng)過(guò)高次諧波分離和反變換，從而得到諧波電流分量。但這種計算方法對于產(chǎn)生畸變的三相電壓將存在較大誤差，不能準確地檢測出各次諧波，此時(shí)，可以使用改進(jìn)的ip-iq法，如圖2所示。

　　ip-iq法以計算瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq為出發(fā)點(diǎn)，設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，先將三相坐標電流轉換到兩相坐標iα，iβ，然后根據定義式：