电力系统谐波电力系统中多次谐波测量方法的探讨

时间：2020-03-11 07:35:42　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：文章在介绍基于模拟带通或带阻滤波器的谐波检测方法、基于傅里叶变换的谐波检测方法和基于瞬时无功功率的谐波测量方法的特点后，重点引出FFT算法和基于准同步的DFT算法对系统中谐波测量的方法，并对这些测量方法特点做了详细对比。
　　关键词：谐波；监测；方法；特点
　　
　　Power system Multiple harmonics measurement method and study Yong Lin
　　(Anhui broadcasting movie and television college, Anhui Hefei 230011，china)
　　 Abstract：This paper describes the characteristics of harmonic detection methods,the simulation-based band-pass or band- stop filter harmonic detection method, the harmonic detection method based on Fourier transform,and the harmonic measurement based on instantaneous reactive power. This paper focuses on describing the FFT algorithm and the quasi-synchronous based on DFT algorithm for system harmonic measurement method, and analyzes the measuring characteristics of these various methods. Keywords: harmonic; monitoring; methods; features
　　1、电力系统谐波测量方法的特点
　　电力系统中谐波的检测是指分离畸变电压或电流信号中不同频率成分的过程，所以谐波检测的取样方法要合理反映电网电能质量状况，在对信号做预处理的时候尽量避免滤除了需要分析的高次谐波含量或使待测信号产生了较大的相位误差延时。随着电子技术和数字信号处理技术的发展，产生了频域、时域、时频分析等多种谐波检测方法。最早的谐波测量是采用基于模拟带通或带阻滤波器的谐波检测方法，其特点是电路简单、造价低，但是也存在缺点。基于傅立叶变换的谐波测量是现在通常用的一种方法，精度较高，使用方便，检测中有可能会产生频谱泄漏，也难以避免栅栏效应的影响。随着科技发展，谐波测量算法向复杂化和智能化发展，但是对于产品应用来说，算法应该简洁、可靠、准确，且硬件成本要小。尽管傅里叶变换算法对谐波测量有些缺点，但这种方法的高精度、准确度和使用的方便性受到了大家的认可，有没有一些方法将此方法测谐波的缺点避免或降低了，下面对改进方法的特点做了进一步介绍。
　　2、FFT算法及其改进措施
　　当今，比较成熟的谐波分析算法为FFT运算，在很多DSP芯片中经常作为函数被调用。它的优点是速度很快，对于主频为150MHz的F2812 DSP而言，做1024点FFT运算时间只需要约6.83微秒即可。当前的谐波的计算方法众多，也各有优劣，然而最常用的谐波分析主要还是以傅里叶变换为基础的，而且越来越多的研究人员也对此做了更一步的改进，下面简单介绍改进的基于傅叶变换的谐波分方法。
　　(1). 加窗插值FFT算法
　　FFT要求处理的采样点数以2为基数，采集的点数必须是整周波或者整周波的倍数，否则会出现假谱，产生所谓的频谱泄漏问题，因此 FFT存在固有的频谱泄漏和混叠误差。加窗可以减少频谱泄漏，插值可以减少栅栏效应引起的误差。
　　对于矩形窗采用插值公式对计算结果进行修正，提高准确度时，采样窗口的宽度不得小于8个基频周期，但对于这种算法需要较大数据存储空间，同时也降低了对电量参数监测的实时性。
　　(2). 快速抗混叠频谱分析算法FAFT
　　FAFT算法是我国电科院陈祥训同志针对FFT算法存在的频率混叠问题提出的一种快速、抗混迭的新的信号频谱计算方法，该算法能在不滤除信号高频分量的情况下分析计算出高于N/2次 (N为一个周期采样点数)的谐波分量。它与FFT算法在数学原理方面本质的差异在于对复频谱系数所采取的计算方法上。FAFT采用若干分段积分的方法进行计算，而FFT是简单地用离散序列的求和来近似计算连续函数x(t)在区间[0,T]上的积分。
　　3、基于准同步的DFT谐波算法
　　(1) 准同步的DFT计算谐波原理分析
　　基于同步采样法的交流电量测量方法实际上是一种等间隔同步采样，它的优点在于当满足一定的采样要求时，理论上没有测量方法误差，此时测量误差仅取决于采样、A/D转换、计算机运算等环节及干扰所产生的误差。但存在“实际同步采样”中很难达到理想同步采样，尤其是在非正弦情况下，按目前现有的技术条件，必须考虑同步误差。
　　同步采样理论上有 m*To=n*T (m为输入信号的周期个数，To为信号周期，n为采样次数，T为采样间隔) ，即这时无同步误差△，而实际同步采样中很难达到m*To=n*T，即所采集的n 个等间隔时域样本点不会正好落在m ( m>= 1 的正整数) 被测信号周期内，从而产生同步误差△T = ( n*T�m*To)/ m*To，所以同步误差限制了同步采样系统准确度的进一步提高。准同步采样算法是在同步采样的基础上，通过适当增加采样点及采用相应的算法进行数据处理的一种新技术，此方法较好地解决了同步误差对测量准确度的影响问题。准同步采样算法降低了对硬件的要求，此算法第一次对采样的起点没有任何要求，在低频的情况下可以得到较好的效果。针对准同步采样算法的数据多、运算量大的缺点。
　　(2) 准同步计算的仿真实现
　　可采用C语言编程，实现准同步算法计算谐波的仿真，例如一次加权的系数的仿真结果如下：
　　一次加权的系数构成的波形，反映了准同步窗函数的时域特性。正弦波在经过准同步窗处理前后的对比图，反映了准同算法对待测信号的处理过程。
　　
　　
　　4、总结
　　本文讨论了电力系统中对多次谐波几种测量方法特点后，详细介绍了FFT算法及其改进算法和基于准同步DFT算法的谐波测量方法，并用这些方法对谐波实际测量中的优缺点做了比较。最后例举了采用C语言编程，实现准同步算法计算谐波的仿真，准确直观地反映了准同算法对待测信号的处理过程。
　　
　　参考文献:
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　　[2] 肖雁鸿,毛筱,周靖林,姜会霞,彭永进.电力系统谐波测量方法综述[J];电网技术;2002年06期
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　　[4]孙继蕃.基于嵌入式系统的电力系统谐波分析装置的设计[D],河海大学;2007.
　　[5] 黄方能;吴玉燕.FFT谐波检测存在的问题[A];广西电机工程学会第九届青年学术论坛论文集[C];2006年
　　[6] 李芬华,潘立冬,常铁原.电力信号频谱分析方法的设计与仿真[J];电测与仪表;2001年09期
　　
　　作者简介：林勇（1981-），男，安徽合肥人，讲师，硕士，研究方向：智能电子。

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