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电力系统谐波检测的现状与发展


作者:南京航空航天大学自动化学院 李 红,杨善水 来源:不详 时间:06-05-23 加入收藏加入收藏夹
关键字:电力系统  谐波检测  谐波测量  傅里叶变换  瞬时无功功率  神经网络  小波分析

      摘 :准确、实时地对电力系统谐波进行检测有着重要的意义。本文根据电力系统谐波测量的基本方法,对近年来电力系统谐波检测的新方法进行了分析和评述。最后对电力系统的谐波测量进行了总结并提出了看法。
  关键词:谐波测量;傅里叶变换;瞬时无功功率;神经网络;小波分析


1 引 言
  电力是现代人类社会生产与生活不可缺少的一种主要能源形式。随着电力电子装置的应用日益广泛,电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁,给周围电气环境带来了极大影响。谐波被认为是电网的一大公害,对电力系统谐波问题的研究已被人们逐渐重视。谐波问题涉及面很广,包括对畸变波形的分析方法、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿和抑制、谐波限制标准以及谐波测量及在谐波情况下对各种电气量的检测方法等。
  谐波检测是谐波问题中的一个重要分支,对抑制谐波有着重要的指导作用,对谐波的分析和测量是电力系统分析和控制中的一项重要工作,是对继电保护、判断故障点和故障类型等工作的重要前提。准确、实时的检测出电网中瞬态变化的畸变电流、电压,是众多国内外学者致力研究的目标。
  常规的谐波测量方法主要有:模拟带通或带阻滤波器测量谐波;基于傅里叶变换的谐波测量;基于瞬时无功功率的谐波测量。
  但是,各种基本方法在实际运用中均有不同程度局限及缺点。针对这一问题,在以上各种方法基础上的拓展和改进方法应运而生,本文着重介绍近几年来的一些新兴的谐波测量方法。

2 改进的傅里叶变换方法
  傅里叶变换是检测谐波的常用方法,用于检测基波和整数次谐波。但是傅里叶变换会产生频谱混叠、频谱泄漏和栅栏效应。怎样减小这些影响是研究的主要任务,通过加适当的窗函数,选择适当的采样频率,或进行插值,尽量将上述影响减到最小。
  延长周期法[1]是在补零法的基础上,把在一个采样周期内采到的N个点扩展任何整数倍。他的表达式为:
  
  与传统的补零法相比,既简化了步骤,又可以获得同样准确或更准确的频谱图。在达到同样的0.973 5分辨率情况下,测量起来步骤更简洁,而且频谱图更准确。
  基于Hanning窗的插值FFT算法[2]基于Hanning窗的电网谐波幅值、频率和相位的显示计算公式:
  

  仿真结果证明,应用上述分析结果,电网谐波幅度、频率和相位的估计达到了预期的分析精度。其中,频率分析 精度可控制在0.01%以内,幅值分析精度可在0.5%以内,相位估计精度可达5%。而且随着采样长度的增加,估计精度还可进一步提高。本算法的不足之处是分析窗的宽度一般要达十几个信号周期,参数估计的实时性不够理想。另外,当信号中包含噪声时,如何提高参数估计准确度和精度还值得做进一步的研究。
   (1)改进的快速傅里叶算法[3]
  是将基2分解和基4分解揉合在一起,而复数加法次数相同,另外将采样的2个实序列组合成复序列进行变换,将结果按公式转换为2个实序列的FFT变换结果。模拟试验表明,此种方法具有检测实时性好,测量精度高等优点。基于此种方法研制的16路电力谐波在线监视、分析装置,谐波测量精度达到2%。

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