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电力系统的谐波检测和治理

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电力系统的谐波检测和治理

发布日期:2019-05-08 作者:坤能电气 点击:

    电力系统的谐波检测和治理:

    随着我国工业化进程的迅猛发展,电网装机容量不断加大,电网中电力电子元件的使用也越来越多,致使大量的谐波电流注入电网,造成正弦波畸变,电能质量下降,不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响,对广大用户也产生了严重危害。目前,谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害,因而了解谐波产生的机理,研究和清除供配电系统中的高次谐波,对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。

    一、电力系统谐波危害

    ①电力谐波监测装置会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热,严重的甚至可能引发火灾。

    ②谐波会影响电气设备的正常工作,使电机产生机械振动和噪声等故障,变压器局部严重过热,电容器、电缆等设备过热,绝缘部分老化、变质,设备寿命缩减,直至最终损坏。

    ③谐波会引起电网谐振,可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍,会对系统构成重大威胁,特别是对电容器和与之串联的电抗器,电网谐振常会使之烧毁。

电力谐波监测装置

    ④谐波会导致继电保护和自动装置误动作,造成不必要的供电中断和损失。

    ⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确,产生计量误差,给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。

    ⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。

    ⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作,造成数据丢失或死机。

    ⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能,造成噪声干扰和图像紊乱。

    二、谐波检测方法

    1、模拟电路

    消除谐波的方法很多,即有主动型,又有被动型;既有无源的,也有有源的,还有混合型的,目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于电力谐波监测装置其检测环节多采用模拟电路,因而造价较高,且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感,故使其基波幅值误差很难控制在10%以内,严重影响了有源滤波器的控制性能。近年来,人工神经网络的研究取得了较大进展,由于神经元有自适应和自学习能力,且结构简单,输入输出关系明了,因此可用神经元替代自适应滤波器,再用一对与基波频率相同,相位相差90度的正弦向量作为神经元的输入。由神经元先得到基波电流,然后检测出应补偿的电流,从而完成谐波电流的检测。但人工神经网络的硬件目前还是一个比较薄弱的环节,限制了其应用范围。

电力谐波监测装置

    2、傅立叶变换

    利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测,电力系统的谐波分析,目前大都是通过该方法实现的,离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D转换得到的数字信号,设待测信号为x(t),采样间隔为 t秒,采样频率 =1/ t满足采样定理,即 大于信号最高频率分量的2倍,则采样信号为x(n t),并且采样信号总是有限长度的,即n=01……N-1。这相当于对无限长的信号做了截断,因而造成了傅立叶变换的泄露现象,产生误差。此外,对于离散傅立叶变换来说,如果不是整数周期采样,那么即使信号只含有单一频率,离散傅立叶变换也不可能求出信号的准确参数,因而出现栅栏效应。通过加窗可以减小泄露现象的影响。

    3、小波变换

    电力谐波监测装置中小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控制、图象处理与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常突然的信号,在应用离散傅立叶变换进行处理受到局限的情况下,可充分发挥小波变换的优势。即对谐波采样离散后,利用小波变换对数字信号进行处理,从而实现对谐波的精确测定。小波可以看作是一个双窗函数,对一信号进行小波变换相当于从这一时频窗内的信息提取信号。对于检测高频信息,时窗变窄,可对信号的高频分量做细致的观测;对于分析低频信息,这时时窗自动变宽,可对信号的低频分量做概貌分析。所以小波变换具有自动“调焦”性。其次,小波变换是按频带而不是按频点的方式处理频域信息,因此信号频率的微小波动不会对处理产生很大的影响,并不要求对信号进行整周期采样。另外,由小波变换的时间局部可知,在信号的局部发生波动时,不会象傅立叶变换那样把影响扩散到整个频谱,而只改变当时一小段时间的频谱分布,因此,采用小波变换可以跟踪时变和暂态信号。

电力谐波监测装置

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