【摘要】電力系統(tǒng)存在越來越嚴重的諧波污染，這制約到電能的質量，進而威脅到電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行以及安全性。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，采用諧波分析儀能夠對各種負荷產(chǎn)生的諧波進行測量、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?；诓粩喟l(fā)展的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響下，電力系統(tǒng)當中增加了非常多的非線性用戶，進而導致電網(wǎng)當中注入大量的高次諧波，如此的后果是導致電能質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，廣泛地普及和應用電力電子設備導致非常嚴重的公用電網(wǎng)諧波污染現(xiàn)象，其嚴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

因為存在以上的負荷，這造成電力系統(tǒng)當中的正弦波性跟電流波形相偏離，從而導致畸變現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于僅僅在輸入電壓被控制的部分上，電流才被線性負載吸取，如此一來，能夠實現(xiàn)效率的提升，可是導致諧波出現(xiàn)在負載電流當中。在供電系統(tǒng)當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，從而導致程度不一的畸變現(xiàn)象。如此的電能質量的降低會嚴重地影響到用電裝置與電力系統(tǒng)。電網(wǎng)當中增加諧波含量，會縮短電氣裝置的使用年限，增加網(wǎng)損，從而更加容易導致系統(tǒng)出現(xiàn)諧波諧振，在嚴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)、導致電度計量與儀表指示的不準確性、自動設備與繼電保護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致線路太熱，進而會導致火災的出現(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。諧波影響到的電機不但使附加損耗增加，還會導致過電壓、噪音、機械震動的形成。諧波導致變壓器局部太熱，以及導致電纜和電容器裝置的老化絕緣，從而大大地縮短了其應用的年限，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，較輕的情況是導致噪音的形成，從而使通信質量大大地降低;較重的情況是丟失信息，從而導致系統(tǒng)難以順利地運行。

2電力系統(tǒng)諧波理論以及算法（FFT）

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

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當中來講，因為Matlab由1開始遞增來約定下標，所以Matlab當中選擇的周期是N的、有限的、離散的長序列轉換為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)控其質量，并且也是控制諧波的關鍵所在。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，達到減小和控制電力系統(tǒng)諧波的目標。諧波檢測屬于控制和消除諧波的基礎保障。當前形勢下，都應用FFT來充當巨大多數(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)進行電流和電壓的檢測、記錄、保存。

4結束語

總而言之，借助諧波分析儀來檢測一系列負荷形成的諧波，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：河鋼集團宣鋼檢修公司