? ?　應(yīng)用領(lǐng)域：

　　電力系統(tǒng)電壓諧波、間諧波、高頻諧波等檢測

　　解決的問題：

　　隨著新能源的發(fā)展和大量新技術(shù)新產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，電力系統(tǒng)中諧波污染面臨越來越嚴峻的形式。光伏發(fā)電雖給新能源開發(fā)帶來前景，但其并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生諧波也不容忽視。風(fēng)力發(fā)電中變頻器的有限開關(guān)頻率使得風(fēng)電機組輸出電流畸變，也會對系統(tǒng)產(chǎn)生諧波影響。大量新技術(shù)的應(yīng)用，如非線性負荷的電動汽車充電站，其接入系統(tǒng)后會使電流發(fā)生畸變產(chǎn)生大量諧波。還有，目前高速發(fā)展的電氣化鐵路，雖然，交-直-交型機車在低頻諧波有了很好的改善，但其50次以上甚至更高次以上的高頻諧波比其它類型的機車產(chǎn)生的多，這些高頻諧波不僅對電力系統(tǒng)有嚴重影響，而且對機車自身也構(gòu)成危害。

　　精確測量諧波含量和科學(xué)分析諧波影響，不僅為諧波的進一步治理提供依據(jù)，而且也為電力系統(tǒng)的和諧發(fā)展提供保障。

　　解決方案：

　　諧波檢測方法，采用傳統(tǒng)的FFT獲取各次諧波信號的幅值和頻率，用加窗函數(shù)的辦法減小頻譜泄漏，通過插值消除柵欄效應(yīng)引起的誤差。克服非整數(shù)次諧波檢測存在頻譜泄漏和柵欄現(xiàn)象等缺點。文中采用Blackman窗函數(shù)在Matlab中建立諧波分析函數(shù)，對FLUKE6100A諧波源產(chǎn)生的諧波、間諧波和高頻諧波等，以凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀作為數(shù)據(jù)采集工具，通過對諧波、間諧波和高頻諧波的實驗分析，驗證諧波函數(shù)和采用PCI-9846作為分析采集工具的可行性和正確性。PCI-9846高達20MHz寬動態(tài)范圍輸入的信號處理能力，在處理電力系統(tǒng)中的高頻諧波中得到了充分發(fā)揮。

　　凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀在諧波檢測中的應(yīng)用

　　1、應(yīng)用背景

　　1.1 電力系統(tǒng)諧波及劃分

　　諧波干擾一般由非線性電壓或電流特性的設(shè)備產(chǎn)生。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意，當時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。目前，電力系統(tǒng)的諧波電壓源和電流源可以分為以下三類設(shè)備：①磁芯設(shè)備，如變壓器、電動機、發(fā)電機等；②電弧爐、弧焊機、高壓放電管等；③電子設(shè)備和電力電子設(shè)備。

　　在實際的電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于有非線性負荷的存在，當電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負荷時，就形成非正弦電流。這種非正弦周期性波形可傅立葉級數(shù)分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波，諧波頻率是基頻的整倍數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在間諧波、次諧波和高頻諧波。諧波實際上是一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。

　　在電磁兼容EMC中（Electro Magnetic Compatibility）定義低頻范圍（0～9kHz）。諧波、間諧波、次諧波以及高頻諧波劃分如下表。

　　表1 諧波與頻率范圍

　　1.2 諧波危害

　　諧波的危害，是全面的、深層次的，比如：

　　1）諧波對電網(wǎng)中變壓器、電容器組、線路和旋轉(zhuǎn)電機的危害，主要是引起設(shè)備故障、附加損耗、發(fā)熱以及降低設(shè)備的使用壽命。

　　2）諧波會造成保護系統(tǒng)和控制電路的誤動作。諧波在電網(wǎng)中引起的諧振，會造成諧波電壓升高，諧波電流增大，造成設(shè)備損壞和引起繼電保護和控制電路的誤動。如諧波在負序（基波）量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的干擾，會影響各種以負序濾過器為啟動元件的保護及自動裝置系統(tǒng)。

　　3）諧波會造成測控儀表的不精確，不僅影響計量的準確性，而且對控制系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重干擾。

　　4）諧波超過一定程度，不僅影響電子設(shè)備的正常工作，還會對其造成損壞。如，諧波會縮短白熾燈的壽命和引起熒光燈故障。

　　1.3 諧波檢測方法

　　諧波檢測的精度和動態(tài)響應(yīng)速度與檢測方法密切相關(guān)，諧波檢測方法的發(fā)展方向是高精度、高速度和高實時性，目前常見的諧波檢測方法按原理可分為：

　　1）基于傅里葉變換的諧波檢測方法，較多的是采用DFT或FFT獲取各次諧波信號的幅值、頻率和相位。在測量時間是信號周期的整數(shù)倍并滿足采樣定理的情況下，DFT和FFT檢測精度高、實現(xiàn)簡單、使用方便，但由于計算量大，實時性受限制，對非整數(shù)次諧波的檢測存在頻譜泄漏和柵欄現(xiàn)象等缺點，為了減小頻譜泄漏，常用的方法是在諧波分析運算前增加窗函數(shù)。

　　2）采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測方法，目前已有多種采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測方法提出。目前對人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的研究很多是仿真性研究，其硬件實現(xiàn)的研究還是一個比較薄弱的環(huán)節(jié)，其實用價值還待進一步發(fā)展。

　　3）基于小波分析的諧波檢測方法，小波分析作為時域分析的重要工具，克服了傅里葉分析在頻域完全局部化而在時域完全無局部化的缺點，在頻域和時域同時具有局部性，能算出某一特定時間的頻率分布并將各種不同頻率組成的頻譜信號分解成不同頻率的信號塊。

　　4）基于瞬時無功功率的諧波檢測方法，目前廣泛應(yīng)用在有源電力濾波器方案中，其實時性好，延時小，如在檢測諧波電流時，因被檢測對象電流中諧波的構(gòu)成和采用濾波器的不同，會有不同的延時，但延時最多不超過一個電源周期。對于電網(wǎng)中典型三相整流橋諧波源，其檢測的延時約為1/6周期，具有很好的實時性。

　　5）自適應(yīng)諧波檢測方法，自適應(yīng)能力好，能較好跟蹤檢測且精度較高，但動態(tài)響應(yīng)慢，目前針對自適應(yīng)諧波檢測方法的研究不僅在軟件仿真方面，而且在硬件電路實現(xiàn)上日益深入。

　　6）模擬濾波器法，作為早期的諧波電流檢測方法，由于難設(shè)計、誤差大、對電網(wǎng)頻率波動和電路元件參數(shù)敏感等，目前已很少使用。常用的模擬濾波器方法有，通過濾波器去除基波分量，得到諧波分量或使用帶通濾波器得出基波分量，再與被檢測電流相減后得到諧波電流分量。