基于準同步采樣的電力系統諧波與間諧波在線檢測方法研究.pdf

1、諧波和間諧波是典型的電能質量問題。諧波是頻率為基波頻率整數倍的正弦電壓或電流，而間諧波是頻率為基波頻率非整數倍的畸變成分。各種電力電子裝置中的非線性元件都會產生諧波或間諧波，導致諧波和間諧波污染在電力系統中廣泛存在并日趨嚴重。諧波和間諧波會危及供電系統的安全穩(wěn)定運行，影響用電設備的正常穩(wěn)定工作，因此，諧波和間諧波的治理越來越受到重視。
　　諧波與間諧波的參數測量是實現諧波和間諧波治理的前提，只有通過在線檢測方式及時、準確地獲取相關

2、參數，才能實現諧波和間諧波補償裝置的最優(yōu)配置。電力系統中的電壓或電流存在無規(guī)律的波動，使得諧波和間諧波的準確測量較難實現。此外，間諧波具有幅值小，頻率不確定的特點，在頻譜上可能離諧波很近，兩者之間會產生互相干擾，從而進一步增加諧波與間諧波測量的難度。
　　快速傅里葉變換(FFT, fast Fourier transform)是常用的諧波、間諧波檢測方法，其優(yōu)點是算法簡單、計算量小，缺點是在非同步采樣時存在頻譜泄漏和柵欄效應，會對

3、測量準確度造成較大影響。加窗插值FFT算法是抑制頻譜泄漏和柵欄效應的有效方法，然而該方法在頻率分辨率和計算量之間存在矛盾：階數越高的窗函數抑制頻譜泄漏效果越好，但其主瓣寬度也越寬，導致頻譜上的頻率分辨能力下降，為了保持足夠的頻率分辨率，需要增加采樣數據長度，從而造成計算量的增加。
　　在分析離散傅里葉變換特點和缺陷的基礎上，提出了基于準同步采樣的諧波檢測算法。該算法適用于電力系統緩變諧波的測量，通過將非同步采樣信號準同步化，達到抑

4、制頻譜泄漏和柵欄效應的目的。算法首先采用帶通有限沖激響應(FIR, finite impulse response)濾波器對非同步采樣下得到的信號進行預處理，濾除基波頻率以外的其它頻率分量。然后對濾波信號使用過零比較法獲取信號的基波周期，根據該基波周期，采用牛頓插值算法重構原始采樣序列，使重構信號近似于同步采樣信號。由于頻譜泄漏和柵欄效應得到了顯著抑制，根據重構信號的FFT結果就能獲得各次諧波的準確參數。通過理論分析和仿真實驗，討論了閾

5、值、采樣頻率、噪聲等對諧波檢測算法的影響，以及4階牛頓插值算法的誤差估計。
　　在諧波檢測算法的基礎上，提出了基于準同步采樣的間諧波檢測算法，該算法通過分離信號中的諧波與間諧波成分，達到抑制兩者互擾的目的，能夠同時實現諧波和間諧波參數的準確測量。間諧波檢測算法首先利用諧波檢測算法中的準同步化技術重構采樣信號，將信號中的所有諧波分量準同步化。在準同步化過程中，設計了多采樣率結構的窄帶帶通FIR濾波器對原始采樣信號進行預處理，該濾波器

6、階數比窗函數法或最優(yōu)方法設計的濾波器階數少一個數量級。然后，使用梳狀FIR濾波器分離重構信號中的所有諧波與間諧波分量。對于分離后的間諧波分量，使用譜峰搜索法找到各間諧波在頻譜上對應的最大譜線，通過加窗插值FFT算法計算各間諧波的參數。對于提取到的諧波分量，根據其FFT結果直接計算各次諧波的參數。
　　在MATLAB環(huán)境下，通過與常用諧波、間諧波檢測方法的對比仿真試驗，驗證了諧波檢測算法在不同噪聲干擾、低頻率分辨率下的測量準確度，以