【摘要】電力系統(tǒng)存在越來越嚴(yán)重的諧波污染，這制約到電能的質(zhì)量，進(jìn)而威脅到電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行以及安全性。因為諧波造成的影響，業(yè)已制約電力系統(tǒng)的順利運行，為了實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行的安全性，對電力諧波進(jìn)行測量與分析顯得非常迫切。諧波檢測是做好抑制與消除諧波的基礎(chǔ)，采用諧波分析儀能夠?qū)Ω鞣N負(fù)荷產(chǎn)生的諧波進(jìn)行測量、分析，并且目前大多數(shù)諧波分析儀都采用快速傅里葉變換FFT算法。

【關(guān)鍵詞】諧波;諧波危害;諧波檢測;FFT

引言

在理想的供電系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)當(dāng)中，電能往用戶供電是借助要求的電壓水平與恒定單一的工業(yè)頻率。基于不斷發(fā)展的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響下，電力系統(tǒng)當(dāng)中增加了非常多的非線性用戶，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)當(dāng)中注入大量的高次諧波，如此的后果是導(dǎo)致電能質(zhì)量的降低以及畸變出現(xiàn)在電網(wǎng)電壓正弦波形上。尤其是近些年以來，廣泛地普及和應(yīng)用電力電子設(shè)備導(dǎo)致非常嚴(yán)重的公用電網(wǎng)諧波污染現(xiàn)象，其嚴(yán)重地影響與危害著用電裝置與電力系統(tǒng)。

1諧波的形成及其危害性

1.1形成諧波的原因

因為存在以上的負(fù)荷，這造成電力系統(tǒng)當(dāng)中的正弦波性跟電流波形相偏離，從而導(dǎo)致畸變現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于僅僅在輸入電壓被控制的部分上，電流才被線性負(fù)載吸取，如此一來，能夠?qū)崿F(xiàn)效率的提升，可是導(dǎo)致諧波出現(xiàn)在負(fù)載電流當(dāng)中。在供電系統(tǒng)當(dāng)中傳輸非正弦波形的時候，會降低沿途的電壓，這會制約到電壓的波形，從而導(dǎo)致程度不一的畸變現(xiàn)象。如此的電能質(zhì)量的降低會嚴(yán)重地影響到用電裝置與電力系統(tǒng)。電網(wǎng)當(dāng)中增加諧波含量，會縮短電氣裝置的使用年限，增加網(wǎng)損，從而更加容易導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)諧波諧振，在嚴(yán)重的情況下會形成危險性的過電流和過電壓。并且，還會干擾通信系統(tǒng)、導(dǎo)致電度計量與儀表指示的不準(zhǔn)確性、自動設(shè)備與繼電保護(hù)的誤動作等一系列的現(xiàn)象。

1.2諧波的危害性

諧波會危害到公用電網(wǎng)以及其它的系統(tǒng)，具體來講，其主要表現(xiàn)為下面幾點：

①公用電網(wǎng)元件在諧波的影響之下使附加諧波損耗生成，從而導(dǎo)致用電裝置、輸電、發(fā)電的效率降低，經(jīng)過中性線的大量三次諧波導(dǎo)致線路太熱，進(jìn)而會導(dǎo)致火災(zāi)的出現(xiàn)。

②諧波對一系列電氣裝置的順利運行運行起到影響作用。諧波影響到的電機(jī)不但使附加損耗增加，還會導(dǎo)致過電壓、噪音、機(jī)械震動的形成。諧波導(dǎo)致變壓器局部太熱，以及導(dǎo)致電纜和電容器裝置的老化絕緣，從而大大地縮短了其應(yīng)用的年限，要么是形成了損壞。

③公用電網(wǎng)基于諧波的影響之下會出現(xiàn)部分范圍的并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振現(xiàn)象，從而使諧波被放大，最終造成安全事故。

④繼電保護(hù)與自動裝置基于諧波的影響下會使誤動作出現(xiàn)，以及造成測量電氣儀表出現(xiàn)錯誤。

⑤周圍的通信系統(tǒng)會受到諧波的影響作用，較輕的情況是導(dǎo)致噪音的形成，從而使通信質(zhì)量大大地降低;較重的情況是丟失信息，從而導(dǎo)致系統(tǒng)難以順利地運行。

2電力系統(tǒng)諧波理論以及算法（FFT）

在實際當(dāng)中對非正弦周期信號進(jìn)行測量的過程中，通常都在一段連續(xù)的時間段之內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用，這導(dǎo)致經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換的電流或者是電壓信號之后獲得離散時間信號(其表示應(yīng)用有限字長)，進(jìn)而由其對一個周期進(jìn)行截取，從而對一系列諧波幅值進(jìn)行有效地計算。為了能夠根據(jù)離散序列(一個周期當(dāng)中)而獲得一系列的次諧波幅值，其中的一種手段是應(yīng)用立足于不間斷信號的傅立葉級數(shù)諧波進(jìn)行探究。而另外一種手段是對離散傅立葉變換的應(yīng)用，假設(shè)周期函數(shù)是輸入的信號是快速傅里葉變換算法(FFT)的基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)原理是逐次地對一個長度是N的序列的離散傅里葉變換進(jìn)行分析，且使之向一個比較短的離散傅里葉變換轉(zhuǎn)換。

2.1電力系統(tǒng)的電壓或者是電流的傅立葉變換

能夠借助一個周期函數(shù)體現(xiàn)電力系統(tǒng)當(dāng)中的電業(yè)電流信號，即：f(t)=f(t+KT)(1)式中，T-周期函數(shù)的周期，且K=0，1，2，3，…;f=1/T-電力系統(tǒng)運行的頻率。

2.2FFT的諧波分析

針對一個周期是N的有限的、離散的長序列X(n)={X(0)，X(1)，X(2)…X(N-1)}，結(jié)合數(shù)字信號的處理原理，其離散傅立葉變換(DEF)的表示式是：對于FFT函數(shù)在Matlab當(dāng)中來講，因為Matlab由1開始遞增來約定下標(biāo)，所以Matlab當(dāng)中選擇的周期是N的、有限的、離散的長序列轉(zhuǎn)換為X(n)={X(1)，X(2)，X(3)，…X(N)}，F(xiàn)FT表示式子是：式子略

3測量諧波

分析和測量電力諧波能夠明確某個用電范圍或者是電網(wǎng)當(dāng)中的諧波定量現(xiàn)狀，從而有利于計量電能或者是監(jiān)控其質(zhì)量，并且也是控制諧波的關(guān)鍵所在。這樣一來，最終能夠借助有效的對策處理電力系統(tǒng)諧波分析和監(jiān)測的一系列問題，達(dá)到減小和控制電力系統(tǒng)諧波的目標(biāo)。諧波檢測屬于控制和消除諧波的基礎(chǔ)保障。當(dāng)前形勢下，都應(yīng)用FFT來充當(dāng)巨大多數(shù)的諧波檢測儀，如原西德的NOWA21型、國產(chǎn)WFX21型、SFX21型、PS22型、GFX298型。

(1)以理論作為視角，都是首先獲得信號電流或者是電壓各次諧波的相角與幅值，再借助公式能夠便于獲得諧波阻抗(Zh)、諧波功率(Ph)、總諧波畸變率(DFU)等值。針對各種諧波而言，都具備異樣的研究方法。針對穩(wěn)態(tài)諧波一般借助離散W變換、FHT算法、FFT算法等;針對暫態(tài)諧波，會應(yīng)用小波變換和優(yōu)化的FFT分析等。

(2)在實際檢測的時候，我們借助諧波頻譜分析儀對40多個檢測點(典型用戶支路、關(guān)鍵整流裝置饋線支路、配電柜一系列低壓電容器的支路、一系列變壓器出線口等)進(jìn)行電流和電壓的檢測、記錄、保存。

4結(jié)束語

總而言之，借助諧波分析儀來檢測一系列負(fù)荷形成的諧波，能夠讓運行人員實時地了解諧波出現(xiàn)的規(guī)律、特點、原因等等，且在生產(chǎn)的過程中實施有效的對策，有著非常大的現(xiàn)實意義，其可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全系數(shù)的大大提升。

作者：張偉斌     單位：河鋼集團(tuán)宣鋼檢修公司