對智能電網環境下諧波檢測與管理分析

王銀生

摘 要：我國經濟的發展異常迅速，由此對于城市供電的可靠性以及供電質量提出了嚴格的要求?，F階段電器的使用率越來越頻繁，必然也會造成諧波的污染變得更加嚴重，對整個電網環境都是非常不利的。本文主要概括了諧波的檢測以及所造成的污染進行相應管理分析。

關鍵詞：諧波；檢測；管理

引言

目前電網環境三個主要的公害就是：諧波污染、功率因子降低以及電磁干擾，因此，有必要分析研究諧波是如何產生，利用科學的辦法檢測管理諧波，這對于電網整體運行的質量及用戶的滿意程度都是非常具有價值的。

1.諧波的危害之處

理想中的電壓都有明確的電壓幅值，而且它的頻率是不會發生變化的。但在我們日常生活中，若有一家的電氣設備產生了諧波電流，對于整個電網環境都是造成相應的污染。

1.1電氣設備的使用年限會明顯的縮短

對于正常電氣設備而言，諧波都會影響它的正常運行。比如諧波會讓電機內部產生機械的振動、噪音等多方面；此外，也極易容易導致電容器、電纜等相關器件發燙，進一步縮短了電氣設備的使用年限。

1.2電氣設備的使用功效減少

諧波會使整個電氣中的某個元器件產生多余的損耗，進一步導致了供電、發電等多項設備的效率大幅度減少。如電動機中的銅消耗會因為電流諧波的影響增加。

1.3極易發生事故

上面有說到諧波會導致電容器、點燃等相關器件發燙，嚴重的是器件方面發生自燃，容易出現火災事故，在中性線里，也有很多的三次諧波通過，線路也極易發燙。

2.消諧器的裝設應用

在我國智能電網系統高壓成套設備中，普遍采用裝設消諧器的方法來抑制和消除諧波。在2O世紀90年代之前，一般通過在電壓互感器柜當中，裝設較為簡單的一二次消諧器方式來消除諧波。并且這種諧波消除的接線方法非常簡單，真正維護起來更加容易，且成本也較為低廉，因此很快獲得了較為廣泛的應用。比較常用的一次消諧器主要是RXQ—l0型，而二次消諧器則主要是KFX一10等型號。因為RXQ-IO這種消諧器型號更多都是一種瓷質產品，且其自身的體積又相對較大，因此并不符合相應的安裝工藝需求。在此背景下，相關人員研制出電阻材料制成的LXQII（D）一10型消諧電阻器，這種全新的消諧器直接取代了RXQ一10型消諧器。并且由于KFX一10型消諧器在功能方面相對而言更加簡單，所以至今無法有效的滿足在特殊場合符合相關電網的需求。隨著如今科技技術的深入發展，我國多家公司研制出微機型的消諧裝置，其核心部分采用國內外先進的CPU芯片，集成度高，抗干擾能力強，運算速度快，功耗低， 目前最常采用的還是KWS196一H型和wxj一620型兩種流行的型號，但是在價格明顯偏貴。而在大型的鋼鐵廠、造紙廠和化工廠等大量電動機、電弧爐以及整流設備的廣泛使用，僅僅依靠一次、二次消諧器難以有效的起到抑制諧波的作用，大都采用更加先進的微機消弧消諧及過電壓保護裝置對諧波進行較為全面的抑制，效果非常好。

3.諧波的檢測方法

現如今對諧波都有各方面的研究。比如諧波的檢測、諧波源分析、諧波抑制、即行碧波分析等等。這些里面最關鍵的就是第一點諧波的檢測，要想解決其他諧波問題，都需要有第一個步驟。但是因為整個電網的諧波都會存在各方面的干擾因素，比如非穩定低、隨機性、分布性等。要想精確的進行諧波檢測有一定的難度。由此，隨著不斷發展的交流電力系統，陸續也開始有了各種各樣的檢測諧波的方法。比如：基于瞬時無功功率理論檢測法、模擬濾波器、神經網路、小波變換、頻率分析法[1]。

3.1頻域分析法與模擬濾波器

頻域分析法與模擬濾波器都是較早用來檢測諧波的方法。其中，模擬濾波法有2種方法：一種是得出基波分量前提是使用帶通濾波器，然后再得出諧波電流分量，就是和被檢測的電流進行相減。另外一種得出諧波電流分量就是通過濾波器，然后去除基波電流分量。上面的兩種方法都很容易實現，原理跟電流結構類似。能濾出部分自身就帶有頻率的諧波。比較容易控制和操作，但是得出的結果與實際結果有較大的誤差，并且極易容易受到外界環境的干擾。檢測效果也會隨著參數發生變化的時候變得更弱。

頻域分析法主要是通過收集電壓值或是電流值的一個周期，然后進行計算?？梢缘弥锩嫠兄C波的次數、相位系數與各次諧波的幅值。使用傅里葉變換器來抵消諧波分量，得出一個所要的誤差信號。再次使用傅里葉變換器將誤差信號進行反轉換，就可以獲得補償信號。這種方法對比與模擬濾波器法主要的優點就是得出的結果更加精確，不足之處就是大量的計算、因為是兩次轉換所以所需要的時間也會更多、需要更高的檢測環境等等，現在這一技術主要應用于分析諧波的離線[2]。

3.2小波變換法

小波分析目前也是使用的較為廣泛，比如在機械故障診斷、機器視覺、合成與識別語音、信號處理和監控等多方面，主要原因是它的工作結晶是調和分析。在頻域與時域環境中，具有非常好的局部化性質，完全沒有上述的頻域分析法不穩定的因素。因為小波分析可以計算頻率在某一時間段的頻率值。并且可以把不是由相同頻率組合而成的頻譜信號劃分為信號塊。因此，對于計算基波電流，小波變換能夠很輕易的得出。在檢測諧波當中，主要的研究成果都是使用小波分析得有：

一、替代卡爾曼的諧波跟蹤法就是將最小二乘法與小波變換相結合。它是把每個小時發生變幅的各次諧波投影到子空間，然后通過使用最小二乘法推算出小波系數。將每小時發生變法的諧波轉化為成常系數。

二、將頻率空間通過小波變化的小波包進行細分，并且用整個電網結構中的高次諧波直接投影到不同范圍上，用肉眼就能很明確的看出歧義高次諧波信號及高頻的性質。

小波變換的研究時間還是相對而言較短的，在整個檢測當中依舊會暴露出許多問題。

3.3神經網絡檢測法

自從人工神經網絡技術的出現，便有了一個飛速的發展。在電力系統當中也得到了更加廣泛地應用。比如：諧波預測和檢測、優化調度、負荷預測等等，在工程領域方面也有很好的研究成果。主要跟神經網絡檢測法相關的是：算法的選擇、樣本的確定以及模型的構建。通過使用神經網絡技術去實現無功電流和諧波的檢測對不穩定電流都擁有很好地跟蹤調查能力。對比上面的小波變換法、傅里葉變換頻域分析法，神經網絡檢測法具有更高的檢測精度，并且對數據的敏感性要求不大[3]。

4.諧波的管理

4.1管理諧波源

一、應建立完善的關于諧波源的資料庫，主要有設備的型式、容量、參數、有關電容器的參數、有關供電系統及參數、主接線、諧波設計實測值與計算值等。當產生的諧波電壓不符合現有的相關標準，應當立馬采取相應的措施把諧波電壓控制好。

二、申請用電的諧波源用戶，相關部門應利用系統公用電網參數對諧波源的諧波進行計算，對于不符合明文規定的標準，必須將諧波的處理完善。

4.2電網諧波管理

一、根據電力系統的整體框架，建立諧波電壓監測數據、電容器及諧波源用戶的檔案，著重管理易引起諧振、結構薄弱、諧波源較大、電網容量較小的地區。

二、探索分析電網諧波電流電壓不符合標準的原因，對有關電容器和諧波源采取相應的辦法。

三、分級分層的進行諧波管理工作，上級電網有義務管理好下級電網。

4.3相關工作人員各執其責

一、技術專員負責管理用戶和電網諧波工作。提出諧波測試點的改進方案、負責諧波源用戶的審批、匯總諧波定期報表及建立完善的諧波源檔案。經常進行諧波分析普查工作、增加新的諧波測試點，將整體的諧波管理工作做得更完善。

二、相關統計人員分別負責定期報表、監督管理范圍內諧波的具體情況，對于不符合標準的用戶進行整改并且采集諧波源用戶相關數據。

三、調度人員分別負責電網諧波管理檢測，根據電網運行基本情況，及時記錄諧波流入的情況。負責各變電所的諧波監測儀及消諧裝置的正常運行。

總結

伴隨著日益發展的電力系統，同時也要深入的研究諧波問題，去發現更有效的檢測及管理諧波的辦法，這樣才能找出其中的漏洞，從而推出對應的解決措施，最終由此提升其整體的供電質量。

參考文獻

[1]蘇沛.電力系統諧波檢測算法及檢測系統研究[J].中國高新技術企業，2015，20：15-16.

[2]王海鋒.電網諧波檢測實例及其分析[J].低碳世界，2013，18：50-51.

[3]甄霞.電力系統諧波檢測技術的現狀與發展趨勢[J].電工電氣，2012，03：1-4.