电力系统谐波
分析
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方法
浅论电力系统中的谐波分析方法
[摘要]:近年来，随着电力系统与电子技术的不断发展，在电力系统中常常会应用到各种各样的变频设备。在变频设备中，由于大量的电力电子设备和非线性负载的接入，导致产生了过多的谐波。这些谐波使得电能的质量大打折扣，甚至会对电力设备或是电网产生极其严重的影响。然而，现今各用电单位对于电的质量的要求也日益增高，如何准确有效地对谐波进行有效的分析成为现今电力系统部门进行研究的一项重要的课题。
[关键词]:电力系统 谐波 分析方法
中图分类号:tm7 文献标识码:tm
文章编号:1009-914x(2013)01- 0015-01
随着电力电子技术和电网的急速发展，非线性的负荷和电力电子变换器的大量使用，致使电力系统中的污染也日益加重。谐波使得电能的质量、传输、生产及其利用效率大大降低，并且使得设备加速老化甚至将设备损坏，危害到了生产安全和稳定等等，已成为最直接、危害性最大的电力系统污染之一，而且谐波也会影响到通信质量和电子设备。这些都引起了人们对于谐波的分析的高度关注及广泛的重视。
一、谐波的概述
谐波是电流所含有的频率为基波整数倍的电量，一般说来，就是指对于非正弦周期电量进行傅里叶级数的分解，其大于基波频率电流所产生的电量，其实质就是一个正弦波的分量。
谐波主要来源于谐波电流源，是由于电压的波形(在非线性负载上加以正弦基波电压)与设备吸收的电流不同，所以电压与电流发生了畸变现象。与此同时，又因电网与负载相连，所以当谐波电流进入电网，其电网质量受到很大影响。
电力系统中谐波源分为三类:
(1)电源本身所产生的谐波。由于发电机的制造问题，电枢的表面磁感应的强度分布偏离了正弦波，致使电流也偏离了正弦电流。
(2)非线性的负荷所产生的谐波。例如，交直流换流设备，变、整流设备，pwm变频器等。
(3)非线性的谐波源产生的谐波。例如，变压器，日光灯等。
二、谐波的危害
供电系统中，正弦波是供电的主要方式。正弦波的供电方式不仅仅为电力系统的
设计
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与分析带来了方便，而且还可以最好的方式运行系统和设备，但是却常常会出现谐波，使电压波形和电流波形发生畸变。谐波带来的危害表现在:
(1)谐波使线路的稳固和安全受到影响。如在电力系统中，谐波会使感应式、电磁式和晶体管等产生误动和拒动;还会造成设备过热、增大噪声，降低工作效率和利用率。谐波也能加快电网设备的损坏速度，并且会严重地影响电网质量。
(2)影响人们的生活品质。如谐波会使自动装置和继电保护误动作，会导致测量仪表的计量不准确。谐波也会使计算出的电量出现误差，使得用户缴费的多少受到影响。谐波还会导致一些敏感性设
备工作不稳定，降低产品合格率，甚至造成大量产品报废。
三、谐波的分析方法
介于谐波造成的各种故障及事故的可能性不断上升，它成为了电力系统中最大危害之一。谐波的研究在我国始于20世纪80年代，国家技术监督局在1993年颁布可?电能质量——公用电网谐波?(gb/t14549-1993)。在其中对于公用电网中不同等级的电压和电流的限用值和允许值都做出了
规定
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，还以附录的方式给出了测量谐波的途径以，并且规定了数据的处理和测量仪器。通过这个规定为谐波的分析、检测和谐波污染的抑制做出了理论的依据和大体的思路。
目前，对于谐波的分析检测方式大体分为3种:
(1)带通选频和fft变换法。此方法是利用多个窄带滤波器对带通进行选频，再逐次分出谐波的分量，然后再采用fft变换来检测谐波。
在整周期的采样中并且其信号里不含有间谐波时，使用fft的方法对相位、频率和幅值计算的结果是十分准确的。由于在整周期采样的过程里，谐波在经过fft变换后，信号和谱线的频率相对应，尽管信号截断是有限长有可能发生泄漏，但其频率分辨率与其相对频点的泄漏值却是为0值。
在使用fft变换对含有间谐波的谐波分析中，分析结果会出现很大的误差。由于含间谐波，就可能出现信号在非整周期采样，再采用fft分析法进行分析的结果的准确度会大大降低。这由于频率在
采样时采取的方式不同步进行，造成间谐波泄漏现象极其严重，并最终使得对其它的频率分析的结果有了一定影响。
(2)带阻滤波法。此方法是利用设计了一低阻的滤波器，过滤了基波的分量，从而达到获得总谐波的电流量。但此方法很少使用，因为这种方法的测量精度较低。
(3)小波变换法。小波变换法包括cwt和dwpt，即为连续小波法和离散小波法。从计算的角度看，连续小波法计算时间长，不适合对实时谐波进行分析;离散小波法可通过计算不同的频率分量的相位角和幅值，从而实现信号频率均匀的分解，可使用这种方法计算各个频率的相位角及幅值。
由于频率响应函数存在着不理想的缺点，为了克服这一缺点，提升对相位角的识别精度，可以在dwt的基础上，加fft变换，这样可以分辨不同谐波的参数，可包含奇次谐波和偶次谐波的幅值及相位角。
利用这种方法分析谐波时，要注意几个重要事项:
(1)采样频率要为额定频率的整数倍，且要高于最高频率的2倍;
(2)采样窗口宽度要为基波周期10倍;
(3)要采用合适的最低频带宽度;
(4)选择小波分解层数l=log2(f/2w)。为降低间谐波影响，要尽可能选择小些的w。计算谐波频率f才可进行调制信号。具体方法如下:?先计算出加窗信号fft的变换;?对额定的基波频率附近的谱线幅值进行分析;?计算出基波频率。
四、谐波的抑制
目前，我国对于谐波进行抑制的方式大体分为两大类。一类即为主动抑制，即为自身的改进，以消去谐波为目的，或者根据需要从而调整设备功率因数;第二类为被动抑制，即为不变化本身，从外设备进行对电网补偿谐波，可加有源滤波器、无源滤波器或是混合滤波器等设备。
五、结束语
系统中的发电机在正常状态下一般是不会产生谐波的，也就是，在大多数的情况下，产生谐波的主要原因并不是发电机。对于基波来说，电网的污染则被认为来源于谐波。在不断进步的电力系统中，谐波的危害越来越大。总之，随着逐步开放的电力系统和市场，谐波危害的逐渐加大，对于谐波问题的谈论将日益剧烈，已然成为电气行业之中的热门话题之一，谐波的分析与研究将会引起更多人的关注。
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