对智能电网环境下谐波检测与管理分析

2016-10-14王银生

科学与财富 2016年28期

关键词：谐波检测管理

王银生

摘要：我国经济的发展异常迅速，由此对于城市供电的可靠性以及供电质量提出了严格的要求。现阶段电器的使用率越来越频繁，必然也会造成谐波的污染变得更加严重，对整个电网环境都是非常不利的。本文主要概括了谐波的检测以及所造成的污染进行相应管理分析。

关键词：谐波；检测；管理

引言

目前电网环境三个主要的公害就是：谐波污染、功率因子降低以及电磁干扰，因此，有必要分析研究谐波是如何产生，利用科学的办法检测管理谐波，这对于电网整体运行的质量及用户的满意程度都是非常具有价值的。

1.谐波的危害之处

理想中的电压都有明确的电压幅值，而且它的频率是不会发生变化的。但在我们日常生活中，若有一家的电气设备产生了谐波电流，对于整个电网环境都是造成相应的污染。

1.1电气设备的使用年限会明显的缩短

对于正常电气设备而言，谐波都会影响它的正常运行。比如谐波会让电机内部产生机械的振动、噪音等多方面；此外，也极易容易导致电容器、电缆等相关器件发烫，进一步缩短了电气设备的使用年限。

1.2电气设备的使用功效减少

谐波会使整个电气中的某个元器件产生多余的损耗，进一步导致了供电、发电等多项设备的效率大幅度减少。如电动机中的铜消耗会因为电流谐波的影响增加。

1.3极易发生事故

上面有说到谐波会导致电容器、点燃等相关器件发烫，严重的是器件方面发生自燃，容易出现火灾事故，在中性线里，也有很多的三次谐波通过，线路也极易发烫。

2.消谐器的装设应用

在我国智能电网系统高压成套设备中，普遍采用装设消谐器的方法来抑制和消除谐波。在2O世纪90年代之前，一般通过在电压互感器柜当中，装设较为简单的一二次消谐器方式来消除谐波。并且这种谐波消除的接线方法非常简单，真正维护起来更加容易，且成本也较为低廉，因此很快获得了较为广泛的应用。比较常用的一次消谐器主要是RXQ—l0型，而二次消谐器则主要是KFX一10等型号。因为RXQ-IO这种消谐器型号更多都是一种瓷质产品，且其自身的体积又相对较大，因此并不符合相应的安装工艺需求。在此背景下，相关人员研制出电阻材料制成的LXQII（D）一10型消谐电阻器，这种全新的消谐器直接取代了RXQ一10型消谐器。并且由于KFX一10型消谐器在功能方面相对而言更加简单，所以至今无法有效的满足在特殊场合符合相关电网的需求。随着如今科技技术的深入发展，我国多家公司研制出微机型的消谐装置，其核心部分采用国内外先进的CPU芯片，集成度高，抗干扰能力强，运算速度快，功耗低，目前最常采用的还是KWS196一H型和wxj一620型两种流行的型号，但是在价格明显偏贵。而在大型的钢铁厂、造纸厂和化工厂等大量电动机、电弧炉以及整流设备的广泛使用，仅仅依靠一次、二次消谐器难以有效的起到抑制谐波的作用，大都采用更加先进的微机消弧消谐及过电压保护装置对谐波进行较为全面的抑制，效果非常好。

3.谐波的检测方法

现如今对谐波都有各方面的研究。比如谐波的检测、谐波源分析、谐波抑制、即行碧波分析等等。这些里面最关键的就是第一点谐波的检测，要想解决其他谐波问题，都需要有第一个步骤。但是因为整个电网的谐波都会存在各方面的干扰因素，比如非稳定低、随机性、分布性等。要想精确的进行谐波检测有一定的难度。由此，随着不断发展的交流电力系统，陆续也开始有了各种各样的检测谐波的方法。比如：基于瞬时无功功率理论检测法、模拟滤波器、神经网路、小波变换、频率分析法[1]。

3.1频域分析法与模拟滤波器

频域分析法与模拟滤波器都是较早用来检测谐波的方法。其中，模拟滤波法有2种方法：一种是得出基波分量前提是使用带通滤波器，然后再得出谐波电流分量，就是和被检测的电流进行相减。另外一种得出谐波电流分量就是通过滤波器，然后去除基波电流分量。上面的两种方法都很容易实现，原理跟电流结构类似。能滤出部分自身就带有频率的谐波。比较容易控制和操作，但是得出的结果与实际结果有较大的误差，并且极易容易受到外界环境的干扰。检测效果也会随着参数发生变化的时候变得更弱。

频域分析法主要是通过收集电压值或是电流值的一个周期，然后进行计算。可以得知里面所含有谐波的次数、相位系数与各次谐波的幅值。使用傅里叶变换器来抵消谐波分量，得出一个所要的误差信号。再次使用傅里叶变换器将误差信号进行反转换，就可以获得补偿信号。这种方法对比与模拟滤波器法主要的优点就是得出的结果更加精确，不足之处就是大量的计算、因为是两次转换所以所需要的时间也会更多、需要更高的检测环境等等，现在这一技术主要应用于分析谐波的离线[2]。

3.2小波变换法

小波分析目前也是使用的较为广泛，比如在机械故障诊断、机器视觉、合成与识别语音、信号处理和监控等多方面，主要原因是它的工作结晶是调和分析。在频域与时域环境中，具有非常好的局部化性质，完全没有上述的频域分析法不稳定的因素。因为小波分析可以计算频率在某一时间段的频率值。并且可以把不是由相同频率组合而成的频谱信号划分为信号块。因此，对于计算基波电流，小波变换能够很轻易的得出。在检测谐波当中，主要的研究成果都是使用小波分析得有：

一、替代卡尔曼的谐波跟踪法就是将最小二乘法与小波变换相结合。它是把每个小时发生变幅的各次谐波投影到子空间，然后通过使用最小二乘法推算出小波系数。将每小时发生变法的谐波转化为成常系数。

二、将频率空间通过小波变化的小波包进行细分，并且用整个电网结构中的高次谐波直接投影到不同范围上，用肉眼就能很明确的看出歧义高次谐波信号及高频的性质。

小波变换的研究时间还是相对而言较短的，在整个检测当中依旧会暴露出许多问题。

3.3神经网络检测法

自从人工神经网络技术的出现，便有了一个飞速的发展。在电力系统当中也得到了更加广泛地应用。比如：谐波预测和检测、优化调度、负荷预测等等，在工程领域方面也有很好的研究成果。主要跟神经网络检测法相关的是：算法的选择、样本的确定以及模型的构建。通过使用神经网络技术去实现无功电流和谐波的检测对不稳定电流都拥有很好地跟踪调查能力。对比上面的小波变换法、傅里叶变换频域分析法，神经网络检测法具有更高的检测精度，并且对数据的敏感性要求不大[3]。

4.谐波的管理

4.1管理谐波源

一、应建立完善的关于谐波源的资料库，主要有设备的型式、容量、参数、有关电容器的参数、有关供电系统及参数、主接线、谐波设计实测值与计算值等。当产生的谐波电压不符合现有的相关标准，应当立马采取相应的措施把谐波电压控制好。

二、申请用电的谐波源用户，相关部门应利用系统公用电网参数对谐波源的谐波进行计算，对于不符合明文规定的标准，必须将谐波的处理完善。

4.2电网谐波管理

一、根据电力系统的整体框架，建立谐波电压监测数据、电容器及谐波源用户的档案，着重管理易引起谐振、结构薄弱、谐波源较大、电网容量较小的地区。

二、探索分析电网谐波电流电压不符合标准的原因，对有关电容器和谐波源采取相应的办法。

三、分级分层的进行谐波管理工作，上级电网有义务管理好下级电网。

4.3相关工作人员各执其责

一、技术专员负责管理用户和电网谐波工作。提出谐波测试点的改进方案、负责谐波源用户的审批、汇总谐波定期报表及建立完善的谐波源档案。经常进行谐波分析普查工作、增加新的谐波测试点，将整体的谐波管理工作做得更完善。

二、相关统计人员分别负责定期报表、监督管理范围内谐波的具体情况，对于不符合标准的用户进行整改并且采集谐波源用户相关数据。

三、调度人员分别负责电网谐波管理检测，根据电网运行基本情况，及时记录谐波流入的情况。负责各变电所的谐波监测仪及消谐装置的正常运行。