电力系统谐波检测方法

摘要:介绍了当前电力系统中检测和分析谐波的几种常用方法，对实际中应用最广泛的基于傅里叶变换的谐波分析方法和基于小波变换的谐波分析方法做了重点研究。探讨了电力系统谐波检测分析方法的发展趋势和近年来出现的新方法、新思路。

关键词:谐波分析;FFT;加窗插值;多谱线插值;小波变换

引言

随着我国电网规模的日益扩大，电网的谐波污染也逐渐严重，如何快速有效地检测和分析网络中的谐波成分是一个大家非常关心的问题。

1电力系统谐波分析的常用方法

1．1采用模拟滤波器硬件电路检测谐波的方法

模拟滤波器谐波检测如图1所示。该法原理直观明了，成本低，但其测量精度依赖于滤波器的元件参数［1］。

1．2基于神经网络理论的谐波检测方法

文献［2］提出了一种基于固定三角基函数的人工神经网络谐波分析方法，新模型更直观，收敛速度快。但构建神经网络需要时间来训练样本、神经网络构造方法缺乏统一的规范、训练样本数量庞大。

1．3基于傅里叶变换的谐波检测方法

为尽可能地减少FFT算法中出现的频谱泄漏效应和栅栏效应以及其他的误差，现总结两种方法:(1)插值算法加窗插值法通过加窗减小频谱泄漏、插值消除栅栏效应引起的误差。理想的窗函数需同时具有两个特性:一是主瓣窄;二是低旁瓣峰值和高旁瓣衰减率。研究比较成熟的窗函数有:三角窗、矩形窗、Blackman窗、Nuttall窗等［3-5］。常用窗的频域特性如表1所示。(2)双峰谱线修正算法文［6］提出了一种基于两根谱线的加权平均来修正幅值的双峰谱线修正算法，实验结果证明了其有效性和易实现性。

1．4基于小波分析的谐波检测方法

三层小波包分解示意图如图2所示。单一的谐波检测方法已经不能满足要求，所以现在就是要集合几种谐波检测方法的优点来提取更精确更合理的方法。小波变换和加窗的FFT结合也得到了广泛研究［7］，图3、图4仿真出了小波变换的频域实现和FFT实现。综上所述，研究加混合卷积窗以及多谱线插值的改进FFT有更大的应用前景，小波包对高、低频段进行相同尺度的分解，提高信号分析分辨率，提供了更多的信号特征。

2谐波测量的发展趋势

随着电网相关技术和设备不断的变化，需要不断改进和更新谐波检测方法，未来谐波检测的主要发展趋势为:(1)电力系统受非稳态谐波影响，谐波检测需要逐步由稳态谐波检测转向非稳态谐波检测。针对非稳态波形畸变，寻求新方法，如神经网络、小波变换等。(2)谐波测量需要由确定性、慢时变性转为随机性、快速性以及谐波实时跟踪，研究新的谐波特性辨识方法。(3)谐波检测需要谐波监测、实时分析与控制目标相结合，实现测量与控制网络化、智能化、集成一体化。(4)谐波检测需要建立一套完整的谐波检测理论体系和完善的功率定义和理论，通过新理论提出新方法满足研究实践需求。

3结束语

集合多种谐波分析方法的优点研制出一种高精度、高速度的混合谐波分析法势在必行，这必将推动学术领域研究新的谐波特性辨识和快速变化谐波跟踪方法，为谐波研究和治理提供有力的保障。

参考文献:

［1］陈冬红．电力系统谐波测量和分析方法研究［D］．南京:河海大学，2005．

［2］王小华，何怡刚．基于神经网络的电力系统高精度频率谐波分析［J］．中国电机工程学报，2007，27(34):102-106．

［3］温和，腾召胜，曾博，等．基于三角自卷积窗的介损角测量算法及应用［J］．电工技术学报，2010，25(7):192-198．

［4］温和，腾召胜，卿柏元，等．Hanning自卷积窗及其在谐波分析中的应用［J］．电工技术学报，2009，24(2):164-169．

［5］曾博，唐求，卿柏元，等．基于Nuttall自卷积窗的改进FFT谱分析方法［J］．电工技术学报，2014，29(7):59-65．

［6］庞浩，李东霞，俎云霄，等．应用FFT进行电力系统谐波分析的改进型算法［J］．中国电机工程学报，2003，23(6):50-54．

［7］刘桂英，粟时平．利用小波傅里叶变换的谐波与间谐波检测［J］．高电压技术，2007，33(6):184-188．

作者：李倩 雷诚诚 刘霞 单位：三峡大学 电气与新能源学院