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摘要：在电力系统供电优化中，谐波检测是治理谐波的前提，可提高电能质量。目前主要的谐波检测方法中，瞬时无功功率法存在精度低，傅里叶(Fourier)变换法存在频率泄露和栅栏现象，小波包分析法存在运算量大、速度慢、实时性差等问题。提出了一种改进的小波变换的谐波检测方法，结合了小波变换和小波包两种方法的优势。针对特定的谐波频段进行检测，利用小波函数的时频特性，快速有效地提取出特定频率段的谐波分量，标定谐波发生的起止时刻，同时减少谐波检测的计算量，确保谐波准确实时检测。MATLAB仿真结果表明该方法能有效的检测出各个谐波分量，提高检测速度。验证了改进小波变换电力谐波检测方法的实时性。
关键词：电力系统，小波变换，小波混叠，谐波检测
引言：随着各种非线性电力电子装置的广泛应用，电力系统谐波污染也日趋严重。有源电力滤波器是治理电力系统谐波污染的有效手段，其中，检测技术是实现谐波和无功补偿的关键。由于谐波固有的非线性、随机性、分布性、非平稳性和影响因素的复杂性等特征，许多常规的检测方法如傅里叶变换难以对谐波进行准确测量。小波变换因其具有良好的时频局部化特性，是电力系统谐波检测中新的研究方向。
1课题背景、研究现状以及意义
1.1电力系统谐波
在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载。当流经负载的电流与所加的电压不呈线性关系时，形成了非正弦电流，即电路中有谐波产生。电力谐波是频率为整倍数的正弦波电压或电流。发电厂或者发电机发出的电压是频率为SOHz的正弦波波型，称为基波频率。基波频率整倍数的正弦波称为谐波。当基波和谐波叠加时，形成形状怪异的波形，称为波形畸变，用谐波的有效值与基波的有效值之比表示。
频率为基波频率2n倍的为偶数次谐波，而频率为基波频率2n+1倍的谐波为奇数次谐波。电力系统中，奇数次谐波引起的危害比偶数次谐波更多更大。在实际工程中，大多数谐波也为奇次谐波，即3 ,5 ,7 ,9次等，因此主要针对奇数次谐波进行分析。
1.2谐波产生与危害
“谐波”(Harmonic)一词来源于声学，国际公认的谐波定义是频率为电源基波频率整数倍的正弦电压或电流，即对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量[[1l。除了与基波成整数倍的谐波外，还存在许多非整数倍的间谐波(Inter-Harmonic)，这些间谐波的存在增加了谐波分析与检测的难度。
谐波的来源主要分为两种:①特征性谐波，这些谐波主要有三个来源:一是半导体非线性负载，电源质量不高，发电机绕组、铁心的非正弦性;二是磁饱和非线性负载，输电线路中变压器的饱和运行等运行状态带来的谐波;三是用电设备，如整流设备、变频装置、电弧炉、旋转电机、口光灯等运行时带来的谐波。②非特征性谐波，这些谐波的主要来源是电力系统的不对称运行而引起的。
之所以要重视谐波问题，谐波不仅仅污染公用电网、电力设备、用电设备等有危害，甚至对人体也有危害，所以应当高度重视其危害性，总结起来有:
1.2.1对供配电线路的危害
供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，它们容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。
1.2.2对电力设备的危害
谐波使电力电容器、电力电缆的介质损耗急剧增加，不但加速绝缘老化，也可发生过电压击穿及短路过热烧毁。
1.2.3对用电设备的危害
谐波会使电动机产生附加损耗、温升增高、输出功率下降，谐波力矩引起电动机振动与噪声，造成过载能力、效率及功率因数等指标全面下降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆谐波对低压开关设备的危害主要是全电磁型的断路器;热磁型的断路器;电子型的断路器，都可能因谐波产生误动作。
1.2.4对邻近设备干扰
谐波对邻近的通讯设备产生静电干扰和电磁干扰，轻者产生噪声，重者使信号失真无法恢复，影响通信质量。
1.2.5影响电力测量的准确性
特别是电能表(多采用感应型)，当谐波较大时将产生计量混乱，测量则会不准确。
1.2.6谐波对人体的影响
当人体细胞在受到刺激兴奋时，细胞膜静息电位会在基础上发生快速电波动或可逆翻转，若频率与谐波频率比较接近，那么电网谐波的电磁辐射就会直接影响到人的脑磁场与心磁场，危害人体健康。
由谐波引起的事故在国内外也曾经发生过。例如1990年4月10口，某省东南部电网瓦解和大面积停电事故，主要原因是谐波使某电厂出线211的JGX-11A型晶体管相差高频保护误动跳闸。在2003年8月14口，美国与加拿大长期断电事故。美、加政府事后成立调查组，经过7个半月的全面调查，得出的原因很多，主要包括电网结构原因、线路电气间距、谐波无功功率控制措施、输电线路各种额定值标准未严格执行、输电走廊的树枝未修剪、应急机制以及调度人员的原因。
2国内外谐波检测研究现状
2.1国内研究现状
我国对谐波问题的研究起步较晚。1982年，我国第1次谐波学术研讨会在某市召开，当时主要针对石太铁路电气化后出现的谐波问题以及由此引起的电力电容器损坏展开了基本认识和普及性讨论了，从此开始了我国谐波研究工作的广泛开展。1988年我国电力专家吴竟昌等合作编著了较有影响的国内第1部谐波著作《电力系统谐波》。1990年，中国电机工程学会开始组织每两年一次的谐波学术研讨会。1984年，原水电部颁发了《电力系统谐波管理暂行规定》(SD126-1984) 1993年国家技术监督局批准并颁布了《电能质量一公用电网谐波》GB/T14549-1993。
2.2国外研究现状
国外对电力系统谐波的研究始于20世纪20-30年代，当时在德国，由于在电力拖动、电化学、电冶金方面使用汞弧整流器而造成电压、电流波形的畸变，由此对电力系统谐波的研究达到了第一个高潮。20世纪50-60年代，由于高压直流输电技术(HVDC)的发展，促进了谐波研究的第二时期，此间针对换流器谐波问题的研究有大量文献发表。20世纪80年代以来，随着大量的非线性电力电子装置在电力系统中的广泛应用，谐波造成的危害日益严重，促使谐波研究的蓬勃发展。1985年，国际上第1本由新西兰著名教授J.Arrilaga等合撰的专著《电力系统谐波》出版，它比较详细、系统地阐述了谐波方面的知识。1986年开始，IEEE每两年召开一次电力谐学术会((ICHPS)，并出版会议文集1996年7届会议上又将其更名为电力谐波与电能质量((ICHQP)，研究的范围进一步拓宽。
3结束语
将小波变换与小波包理论相结合，提出了一种基于小波变换检测电力系统谐波的改进方法。既提高了小波分析高频段的高分辨率，又减少了小波包变换的运算量。通过仿真试验表明，既可以有效地检测出电力信号的基波分量以及各次谐波分量，又能准确的检测到非平稳信号的起止时刻，而且快速。随着嵌人式系统的发展，算法的不断改进，小波变换的谐波检测方法将会广泛应用。
参考文献：
[1]戴君. 基于小波变换的电力系统谐波分析与检测方法研究[D].江南大学,2013.
[2]贾峰,孙曼等人基于改进小波变换的电力谐波检测方法研究[J].计算机仿真,2014.
[3]吉艳平. 基于小波变换的电力谐波检测方法的研究[D].中南大学,2014.
[4]梁学章，小波分析[M].北京:国防工业出版社，2013.
论文作者:刘丽丽,刘俊娥,隋兴华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：谐波论文; 基波论文; 小波论文; 电力系统论文; 频率论文; 电力论文; 检测方法论文; 《电力设备》2017年第14期论文;