諧波測(cè)量方法綜述

1、電力系統(tǒng)諧波測(cè)量方法綜述 電力系統(tǒng)諧波測(cè)量方法綜述 引言： 引言： 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)， 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、 工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛， 諧波污染狀況及危害程度呈急劇上升趨勢(shì)。 由于電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波污染問(wèn)題是阻礙電力電子技術(shù)發(fā)展的重大障礙，無(wú)法回避,且諧波污染對(duì)電力系統(tǒng)存在嚴(yán)重的危害， 準(zhǔn)確地掌握電網(wǎng)中的諧波成分對(duì)于電力系統(tǒng)的安全、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。 諧波測(cè)量是諧波問(wèn)

2、題中的一個(gè)重要分支， 也是研究分析諧波問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)和主要依據(jù)。諧波測(cè)量的主要作用有： (1)鑒定實(shí)際電力系統(tǒng)及諧波源用戶(hù)的諧波水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，包括對(duì)所有諧波源用戶(hù)的設(shè)備投運(yùn)時(shí)的測(cè)量。 (2)電氣設(shè)備調(diào)試、投運(yùn)時(shí)的諧波測(cè)量，以確保設(shè)備投運(yùn)后電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 (3)諧波故障或異常原因的測(cè)量。 (4)諧波專(zhuān)題測(cè)試，如諧波阻抗、諧波潮流、諧波諧振和放大等。 現(xiàn)有的諧波分析方法主要有快速傅立葉變換，p、q 分解法以及基于瞬

3、時(shí)無(wú)功功率理論的虛實(shí)功率合成法，小波、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及支持向量機(jī)等方法，本文分析了個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)并在其基礎(chǔ)上作了驗(yàn)證。 1、采用模擬帶通或帶阻濾波器測(cè)量諧波 、采用模擬帶通或帶阻濾波器測(cè)量諧波 圖 1 采用模擬濾波器諧波測(cè)量結(jié)構(gòu)圖 輸入信號(hào)經(jīng)放大后送入一組并行聯(lián)結(jié)的帶通濾波器， 濾波器的中心頻率 f1、 f2、 ?、 fn 是固定的，為工頻的整數(shù)倍，且 f1< f2<?<fn (其中 n 是諧波的最高次數(shù))，然后送至多

4、路顯示器顯示被測(cè)量量中所含諧波成分及其幅值。 采用模擬濾波器諧波測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。但該方法也有許多缺點(diǎn)，如濾波器的中心頻率對(duì)元件參數(shù)十分敏感， 受外界環(huán)境影響較大， 難以獲得理想的幅頻和相頻特性，當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，不僅影響檢測(cè)精度，而且檢測(cè)出的諧波電流中含有較多的基波分量。 2、基于傅立葉變換的諧波測(cè)量 、基于傅立葉變換的諧波測(cè)量 基于傅立葉變換的諧波測(cè)量是當(dāng)今應(yīng)用最多也是最廣泛的一種方法。 它由離散傅立葉變換過(guò)渡到快

5、速傅立葉變換的基本原理構(gòu)成。使用此方法測(cè)量諧波，精度較高，功能較多，使只需檢測(cè)出除基波有功電流之外總的畸變電流， 從而最終對(duì)諧波或無(wú)功實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償。 諧波及無(wú)功電流檢測(cè)信號(hào)作為補(bǔ)償電流發(fā)生電路的指令信號(hào)， 其準(zhǔn)確與否將影響到整個(gè)混合有源電力濾波系統(tǒng)的濾波特性。 傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是將電網(wǎng)電流進(jìn)行傅立葉分解， 將各次諧波合成得出諧波電流信號(hào)，這種方法響應(yīng)慢。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的大部分諧波檢測(cè)方法都基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論，這些檢測(cè)方法能夠較好地

6、檢測(cè)諧波電流和無(wú)功電流。 在瞬時(shí)無(wú)功功率的基礎(chǔ)上有三種諧波電流的檢測(cè)方法：p-q 法、i p –i q 法和 d-q 法。這三種方法都能準(zhǔn)確、 實(shí)時(shí)地測(cè)量三相三線(xiàn)制對(duì)稱(chēng)電路的總諧波分量。 后兩種方法的適用范圍更廣，不僅在電網(wǎng)畸變時(shí)適用，在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱(chēng)時(shí)也同樣有效，使用 p-q 法測(cè)量電網(wǎng)電壓畸變時(shí)的諧波會(huì)存在較大誤差，瞬時(shí)無(wú)功功率理論方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)且無(wú)畸變時(shí)， 檢測(cè)基波正序無(wú)功分量、 不對(duì)稱(chēng)分量及高次諧波分量的實(shí)現(xiàn)電路比較

7、簡(jiǎn)單， 并且延時(shí)小，具有很好的實(shí)時(shí)性，但是這是基于三相三線(xiàn)制電路提出的。對(duì)于單相電路，必須先將三相電路分解，然后再構(gòu)造基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的單相電路的諧波檢測(cè)電路。在文獻(xiàn)[2]中提出了一種基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的任意整數(shù)次諧波電壓的實(shí)時(shí)測(cè)量方法。采用標(biāo)準(zhǔn)的 m 次正弦和余弦信號(hào)作為三相電流信號(hào)， 而不用實(shí)際三相電路中的電流信號(hào)， 電壓的檢測(cè)精度不會(huì)因?qū)嶋H電路中電流畸變而下降， 檢測(cè)的結(jié)果也能及時(shí)反映頻率偏移的變化。 但是該文獻(xiàn)提出的反饋補(bǔ)

8、償方式，雖然可以縮短動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，但是穩(wěn)態(tài)精度會(huì)有所降低。 目前的文獻(xiàn)資料基本上采用低通濾波器濾波， 得出基波電流分量， 然后與被檢測(cè)電流相減，最終得出諧波電流分量。由此啟發(fā)，本文考慮另一種思路，研究得出，若直接使用高通濾波器，則濾波后直接得到諧波電流分量，而不再需要與被檢測(cè)電流相減，從而檢測(cè)裝置得到簡(jiǎn)化。有文獻(xiàn)提到， “當(dāng)APF同時(shí)補(bǔ)償諧波和無(wú)功功率時(shí)，只需斷開(kāi)iq通路即可，此時(shí)被檢測(cè)電流中的諧波和無(wú)功電流能同時(shí)被檢測(cè)出來(lái)” 。研究時(shí)

9、發(fā)現(xiàn)，斷開(kāi)iq通路后，無(wú)功電流分量在后面的運(yùn)算中不會(huì)出現(xiàn)，也就是說(shuō)，最后檢測(cè)出來(lái)的電流不可能含有無(wú)功電流，而只含有高次諧波的有功分量。通過(guò)分析后可以得出這樣一個(gè)結(jié)論，在iq通道省去一個(gè)高通濾波器而直接連起來(lái)， 此時(shí)， 被檢測(cè)電流中的諧波和無(wú)功電流能同時(shí)被檢測(cè)出來(lái)。 基于上面的分析，可得到一種改進(jìn)型高次諧波與無(wú)功電流檢測(cè)方法， 相應(yīng)的檢測(cè)電路原理框圖如圖 2 所示。 后面的仿真結(jié)果也證明了本文所提方法的正確性。 HPFPLLttωωcos

10、sin23 Ca ib iα iβ ip i ~p i * α i* β i* a i* b i 32 C Pq C 1 ? pq C q i) ( 310 c b a i i i i + + =+++ c ia e* c iqf ah i _qf bh i _qf ch i _圖 2 高次諧波與基波無(wú)功電流檢測(cè)電路 目前很多有源濾波裝置都是把高次諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償分別加以實(shí)施， 這需要使用兩個(gè)濾波器，增加了系統(tǒng)的成本費(fèi)用。采用上