基于準(zhǔn)同步采樣的電力系統(tǒng)諧波與間諧波在線檢測(cè)方法研究.pdf

1、諧波和間諧波是典型的電能質(zhì)量問(wèn)題。諧波是頻率為基波頻率整數(shù)倍的正弦電壓或電流，而間諧波是頻率為基波頻率非整數(shù)倍的畸變成分。各種電力電子裝置中的非線性元件都會(huì)產(chǎn)生諧波或間諧波，導(dǎo)致諧波和間諧波污染在電力系統(tǒng)中廣泛存在并日趨嚴(yán)重。諧波和間諧波會(huì)危及供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，影響用電設(shè)備的正常穩(wěn)定工作，因此，諧波和間諧波的治理越來(lái)越受到重視。
　　諧波與間諧波的參數(shù)測(cè)量是實(shí)現(xiàn)諧波和間諧波治理的前提，只有通過(guò)在線檢測(cè)方式及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取相關(guān)

2、參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)諧波和間諧波補(bǔ)償裝置的最優(yōu)配置。電力系統(tǒng)中的電壓或電流存在無(wú)規(guī)律的波動(dòng)，使得諧波和間諧波的準(zhǔn)確測(cè)量較難實(shí)現(xiàn)。此外，間諧波具有幅值小，頻率不確定的特點(diǎn)，在頻譜上可能離諧波很近，兩者之間會(huì)產(chǎn)生互相干擾，從而進(jìn)一步增加諧波與間諧波測(cè)量的難度。
　　快速傅里葉變換(FFT, fast Fourier transform)是常用的諧波、間諧波檢測(cè)方法，其優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單、計(jì)算量小，缺點(diǎn)是在非同步采樣時(shí)存在頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)，會(huì)對(duì)

3、測(cè)量準(zhǔn)確度造成較大影響。加窗插值FFT算法是抑制頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)的有效方法，然而該方法在頻率分辨率和計(jì)算量之間存在矛盾：階數(shù)越高的窗函數(shù)抑制頻譜泄漏效果越好，但其主瓣寬度也越寬，導(dǎo)致頻譜上的頻率分辨能力下降，為了保持足夠的頻率分辨率，需要增加采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，從而造成計(jì)算量的增加。
　　在分析離散傅里葉變換特點(diǎn)和缺陷的基礎(chǔ)上，提出了基于準(zhǔn)同步采樣的諧波檢測(cè)算法。該算法適用于電力系統(tǒng)緩變諧波的測(cè)量，通過(guò)將非同步采樣信號(hào)準(zhǔn)同步化，達(dá)到抑

4、制頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)的目的。算法首先采用帶通有限沖激響應(yīng)(FIR, finite impulse response)濾波器對(duì)非同步采樣下得到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，濾除基波頻率以外的其它頻率分量。然后對(duì)濾波信號(hào)使用過(guò)零比較法獲取信號(hào)的基波周期，根據(jù)該基波周期，采用牛頓插值算法重構(gòu)原始采樣序列，使重構(gòu)信號(hào)近似于同步采樣信號(hào)。由于頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)得到了顯著抑制，根據(jù)重構(gòu)信號(hào)的FFT結(jié)果就能獲得各次諧波的準(zhǔn)確參數(shù)。通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，討論了閾

5、值、采樣頻率、噪聲等對(duì)諧波檢測(cè)算法的影響，以及4階牛頓插值算法的誤差估計(jì)。
　　在諧波檢測(cè)算法的基礎(chǔ)上，提出了基于準(zhǔn)同步采樣的間諧波檢測(cè)算法，該算法通過(guò)分離信號(hào)中的諧波與間諧波成分，達(dá)到抑制兩者互擾的目的，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)諧波和間諧波參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。間諧波檢測(cè)算法首先利用諧波檢測(cè)算法中的準(zhǔn)同步化技術(shù)重構(gòu)采樣信號(hào)，將信號(hào)中的所有諧波分量準(zhǔn)同步化。在準(zhǔn)同步化過(guò)程中，設(shè)計(jì)了多采樣率結(jié)構(gòu)的窄帶帶通FIR濾波器對(duì)原始采樣信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，該濾波器

6、階數(shù)比窗函數(shù)法或最優(yōu)方法設(shè)計(jì)的濾波器階數(shù)少一個(gè)數(shù)量級(jí)。然后，使用梳狀FIR濾波器分離重構(gòu)信號(hào)中的所有諧波與間諧波分量。對(duì)于分離后的間諧波分量，使用譜峰搜索法找到各間諧波在頻譜上對(duì)應(yīng)的最大譜線，通過(guò)加窗插值FFT算法計(jì)算各間諧波的參數(shù)。對(duì)于提取到的諧波分量，根據(jù)其FFT結(jié)果直接計(jì)算各次諧波的參數(shù)。
　　在MATLAB環(huán)境下，通過(guò)與常用諧波、間諧波檢測(cè)方法的對(duì)比仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證了諧波檢測(cè)算法在不同噪聲干擾、低頻率分辨率下的測(cè)量準(zhǔn)確度，以