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谐波检测的应用与发展
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。
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<
/p>
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
p>
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
Hannin
g
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,<
/p>
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
0.0
1%
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,
p>
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
< br>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%
。
(2)
基波有功分量剔除法
[4]
从傅里叶变换出发,
通过检测负载电流基波有功分量来检测谐波
和无功电流。有畸变电流:
其中:
iL(t)
为单相电路中非线性负荷电流,
i
fp
为基波电流有
功分量
;A1
为基波有功分量幅值。
该方法由于算法简单、
所用器件少、
适时性较高,
不仅能适用于
单相电路,
而且也适用于三相四线制电路。
基于瞬时无功功率理论的检测方法
瞬时无功功率理论解决了谐波和无功功率的瞬时检测及不用储
能元件实现谐波和无功补偿等问题,
对治理谐波和研发无功补偿
装置
等起到了很大的推动作用。
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