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(tǒng)諧波問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，其中很重要的一個方面就是諧波的檢測，它是解決其他諧波問題的基礎(chǔ)。但由于電力系統(tǒng)的諧波受到隨機性、非平穩(wěn)性、分布性等多方面因素影響，要進行實時準確的檢測并不容易，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方法，如模擬濾波、基于傅氏變換的頻域分析法、基于瞬時無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。這種方法實現(xiàn)原理和電路結(jié)構(gòu)簡單，能濾除一些固有頻率的諧波，易于控制，但誤差大，實時性差，受外界環(huán)境影響較大，參數(shù)變化時檢測效果明顯變差。

　　基于傅氏變換的頻域分析法根據(jù)采集到的一個周期的電流值(或電壓值)進行計算，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，再將該誤差進行傅里葉反變換，即可得補償信號。這種方法精度高，使用方便，但需要一定的時間采樣并且要進行兩次變換，計算量大，檢測時間較長，檢測結(jié)果實時性不好，大多用于諧波的離線分析。如果需要提高實時性，可以利用數(shù)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，從而獲得較好的實時性。

　　隨著電力系統(tǒng)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(wěn)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算法。

　　3．2 基于瞬時無功功率理論的檢測方法

　　瞬時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域的一種理論，以瞬時有功功率p和瞬時無功功率q為基礎(chǔ)，即p-q理論。該理論是在瞬時值的基礎(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電壓電流經(jīng)旋轉(zhuǎn)、正交坐標變換，轉(zhuǎn)換到兩相坐標中，根據(jù)兩相瞬時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有功電流和瞬時無功電流，進而得到瞬時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，可以使用改進的ip-iq法，如圖2所示。

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