【农村配电网谐波及检测方法】谐波检测方法

时间：2019-05-20 03:21:02　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　【摘要】谐波已成为污染农村电力系统的公害，它不仅会造成电能质量下降，危害用电设备，严重时还会威胁到农网的安全。本文对农村配电网出现谐波的危害和常见的谐波源作了介绍，研究并分析了目前的谐波电流检测技术。
　　【关键词】农村配电网；谐波；电流检测
　　
　　1.农网中的谐波的危害
　　随着农村配电网的建设及发展，越来越多的非线性负荷从城市电网迁移到城郊和农村地区，如小型轧钢厂、电弧炉、变频炉、电解铝等中、小型工业负荷。这些非线性负荷加上电子整流装置在农村大量投入使用，成为了农网主要的谐波来源。谐波已成为污染农村电力系统的公害，它不仅会造成电能质量下降，危害用电设备，严重时还会威胁到农网的安全[1-2]。谐波危害是多方面的，主要体现在：
　　（1）影响电力计量仪表的准确性。供电电压或负荷电流中的谐波成分会影响感应式电能表的正常工作。当谐波较大时将使这类仪表的测量数据产生较大误差，不利于电能管理。
　　（2）谐波过大会影响以负序(基波)量为基础的继电保护装置与自动装置，引起各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器、自动准同期装置等发生误动作或拒动，严重时可导致大面积停电。
　　（3）谐波电流在电网中的流动会使电流波形中有效值增加而引起附加输电损耗，产生有功功率损失，构成了网损的一部分。
　　（4）干扰通信系统的工作。
　　（5）影响农网的质量。
　　2.农网中的谐波源
　　凡是向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，统称谐波源。农村配电网中谐波源主要由以下几个方面产生：
　　（1）铁磁饱和类：各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，这类设备铁芯为磁性硅钢片制成，具有非线性磁化曲线，其励磁电流主要包含奇次谐波分量，其中以3次谐波为主，严重时3次谐波分量可达额定电流的5%。
　　（2）含半导体非线性元件类：主要为各种整流设备、交流调压装置、变流设备、相控调制变频器以及现代工业设施为节能和控制用的电力电子设备等。其中，整流设备是最大的谐波源，所产生的谐波占整个谐波近40%。
　　（3）电弧类和气体放电类：前者有交流电焊机和交流电弧炉、电石炉等，其熔炼期产生的谐波电流主要是2～7次谐波，平均可达基波的8%～20%，最大可达45%。
　　（4）变频设备和家用电器：变频设备如变频水泵、变频空调、变频风机等含有的输入电流波形呈尖峰状，谐波成分复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波。这些家用电器虽功率较小，但数量巨大，也会对农网造成严重的谐波污染。
　　3.谐波电流检测技术
　　3.1基于频域的谐波电流检测技术[3]
　　①采用模拟带通或带阻滤波器测量谐波
　　该方法使用模拟滤波器来实现谐波电流检测。即采用陷波器将基波电流滤除，得到谐波分量，或采用带通滤波器得出基波分量，再与被检测电流相减得到谐波分量。该检测法的优点是电路结构简单，造价低，输出阻抗低，品质因素易于控制。由于滤波器中心频率固定，当电网频率波动时，滤波效果会大大下降。此外滤波器的中心频率对元件参数十分敏感，这样要使滤波器得到理想的幅频特性和相频特性是很困难的，并且这种方法也不能同时分离出无功电流和谐波电流。波动时，不仅影响检测精度，而且检测出的谐波电流中含较多的基波分量，大大增加了有源滤波器的容量和运行损耗。这种方法多用于补偿效果要求不高的场合，它已不能适应现代电力系统的需要。
　　②基于Fryze功率定义的检测方法
　　其原理是将负载电流分解为与电压波形一致的分量，将其余分量作为广义无功电流(包括谐波电流)。它的缺点是:因为Fryze功率定义是建立在平均功率基础上的，所以要求得瞬时有功电流需要进行一个周期的积分，再加其它运算电路，要有几个周期延时。因此，用这种方法求得的“瞬时有功电流”实际是几个周期前的电流值。
　　③基于频域分析的FFT检测法
　　该方法的基础是傅立叶级数分析，将检测到的畸变电流(或电压)进行傅立叶变换，分解为高次谐波代数和的形式，再将其合成为总的补偿电流。此方法的优点是检测精度较高，缺点是需要一定时间的电流值，计算量大，需花费较多的计算时间，当要求消除的谐波次数很高时，微机的适时计算有困难，不适合实时控制。以上是对稳态谐波的检测而言的，对于时变谐波的检测而言，由于傅立叶变换存在着在频域完全局部化而在时域完全无局部性的缺陷而使其难以实现对时变谐波的检测。
　　3.2基于时域的谐波电流检测技术
　　①基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测法
　　基于瞬时无功功率理论，先检测出三相电压与负载电流并变换到。在直角坐标系下，再计算出畸变电流的瞬时实功率和瞬时虚功率，滤去基波分量后得到高次谐波瞬时实功率和瞬时虚功率，然后从中取出补偿电流，最后将它们变换到“a-b-c”坐标下即得到了所需补偿的谐波电流。此方法是目前APF中应用最广泛的一种检测方法，其优点是能快速跟踪补偿电流，进行适时补偿，系统频率特性不变，即使高次谐波增加，系统也不会过载，且不受电网参数和负载变化的影响;缺点是成本高，系统损耗大。
　　②基于神经网络理论的谐波电流检测法
　　由于人工神经元网络具有自学习和自适应的能力，因此人们正在尝试将人工神经网络理论应用到谐波电流的检测上。但目前这一类方法主要处于仿真研究阶段，还没有进入实际应用。
　　③基于小波变换理论的谐波电流检测法[4]
　　由于小波分析克服了傅立叶分析在频域完全局部化而在时域完全无局部性的缺点，即它在频域和时域同时具有局部性，因此人们将小波变换理论应用到谐波检测上。采用小波、小波包变换对电网信号中的谐波进行检测分析，可以实现对信号的均匀划分，能够更好地提取信号的时频特性。仿真结果证明，较之快速傅立叶变换和小波变换，小波包变换对电网信号中谐波的幅度、频率的估计具有更高的精度。
　　参考文献
　　[1]欧洲华.农村配电网谐波问题分析与抑制措施探讨[J].中国西部科技,2009，（22）：8-12.
　　[2]吴竞昌,孙树勤,宋文南等.电力系统谐波[M].水利电力出版社,1998.
　　[3]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998.
　　[4]吴军基,刘皓明,孟绍良等.小波滤波器在电力系统谐波检测中的应用[J].电力系统及其自动化学报,1999,(11) : 50-53.

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