1.諧波的危害
    諧波是電網(wǎng)的一大公害，因此對(duì)電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的研究越來(lái)越引起人們的重視。
1.1 對(duì)供配電線路的危害
(1)影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行
   供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器，一般采用電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器或晶體管繼電器予以檢測(cè)保護(hù)，使得在故障情況下保證線路與設(shè)備的安全。但對(duì)于電磁式繼電器與感應(yīng)式繼電器，諧波含量高時(shí)，易使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，因而在諧波影響下不能全面有效地起到保護(hù)作用。晶體管斷電器雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于采用了整流取樣電路，容易受諧波影響，產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。因此，諧波將嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。
(2)影響電網(wǎng)的質(zhì)量
    電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變。如民用配電系統(tǒng)中的中性線，由于熒光燈、調(diào)光燈、計(jì)算機(jī)等負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生大量的奇次諧波，其中3 次諧波的含量較多，可達(dá)40%;三相配電線路中，相線上3 的整數(shù)倍諧波在中性線上會(huì)疊加，使中性線的電流值可能超過(guò)相線上的電流。另外，相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無(wú)功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。
1.2 對(duì)電力設(shè)備的危害
(1)對(duì)電容器的危害
    當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時(shí)，投入電容器后其端電壓增大，通過(guò)電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加。對(duì)于膜紙復(fù)合介質(zhì)電容器，允許有諧波時(shí)的損耗功率為無(wú)諧波時(shí)損耗功率的1.38 倍;對(duì)于全膜電容器，允許有諧波時(shí)的損耗功率為無(wú)諧波時(shí)的1.43 倍。如果諧波含量較高，超出電容器允許條件，就會(huì)使電容器過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷，損耗功率超過(guò)上述值，使電容器異常發(fā)熱，在電場(chǎng)和溫度的作用下絕緣介質(zhì)會(huì)加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時(shí)，可能使電網(wǎng)的諧波加劇，即產(chǎn)生諧波擴(kuò)大現(xiàn)象。另外，諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，尖頂電壓波易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電，且由于電壓變化率大，局部放電強(qiáng)度大，對(duì)絕緣介質(zhì)能起到加速老化的作用，從而縮短電容器的使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，電壓每升高10%，電容器的壽命就會(huì)縮短1/2 左右。再者，在諧波嚴(yán)重的情況下，還會(huì)使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。
(2)對(duì)電力變壓器的危害
    諧波使變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，這主要表現(xiàn)在鐵芯中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。由于以上兩方面的損耗增加，減少變壓器的實(shí)際使用容量，或者說(shuō)在選擇變壓器額定容量時(shí)，需要考慮電網(wǎng)中的諧波含量的影響。除此之外，諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大，變壓器的振動(dòng)噪聲主要是由于鐵芯的磁滯伸縮引起的。隨著諧波次數(shù)的增加，振動(dòng)頻率在1KHz 左右的成分使混雜噪聲增加，有時(shí)還發(fā)出金屬聲。
(3)對(duì)電力電纜的危害
    由于諧波次數(shù)高頻率上升，再加之電纜導(dǎo)體截面積越大集膚效應(yīng)越明顯，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的，阻抗增大，使得電纜的允許通過(guò)電流減小。另外，電纜的電阻、系統(tǒng)母線側(cè)及線路感抗與系統(tǒng)串聯(lián)，提高功率因數(shù)用的電容器及線路的容抗與系統(tǒng)并聯(lián)，在一定數(shù)值的電感與電容下可能發(fā)生諧振。
(4)對(duì)用電設(shè)備的危害
    諧波對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的影響，主要是增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時(shí)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。尤其是負(fù)序諧波在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，形成與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用，從而減少電動(dòng)機(jī)的出力。另外，電動(dòng)機(jī)中的諧波電流，當(dāng)頻率接近某零件的固有頻率時(shí)還會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)出很大的噪聲。
(5)影響電力測(cè)量的準(zhǔn)確性
    目前采用的電力測(cè)量?jī)x表中有磁電型和感應(yīng)型，它們受諧波的影響較大。特別是電能表(多采用感應(yīng)型)，當(dāng)諧波較大時(shí)將產(chǎn)生計(jì)量混亂，測(cè)量不準(zhǔn)確。總之，諧波的產(chǎn)生，電網(wǎng)諧波來(lái)自于3 個(gè)方面：一是電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波;二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波;三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波。其中，用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波最多。
2.基于傅立葉變換的測(cè)量方法
2.1 基于傅立葉變換的測(cè)量方法
    采用傅立葉級(jí)數(shù)對(duì)非正弦連續(xù)時(shí)間周期函數(shù)進(jìn)行分析是諧波分析的基本方法。實(shí)際上經(jīng)常把連續(xù)時(shí)間信號(hào)的一個(gè)周期T 等分成N 個(gè)點(diǎn)，在等分點(diǎn)進(jìn)行采樣而得到一系列離散時(shí)間信號(hào)，然后采用離散傅立葉變換(DFT)或快速傅立葉變換(FFT)的方法進(jìn)行諧波分析，最終得出所需要的諧波信號(hào)。使用此方法測(cè)量諧波，精度較高，功能較多，使用方便，是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的一種方法，其缺點(diǎn)是需要一定時(shí)間的采樣值，且需要進(jìn)行兩次變換，計(jì)算量大，需花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間，檢測(cè)的結(jié)果實(shí)際上是較長(zhǎng)時(shí)間前的諧波信號(hào)，實(shí)時(shí)性不好。無(wú)法滿足準(zhǔn)確的諧波測(cè)量要求，因此必須對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)。
2.2 改進(jìn)的基于傅立葉變換的測(cè)量方法
(1)改進(jìn)的快速傅立葉算法
    是將基2 分解和基4 分解揉合在一起，而復(fù)數(shù)加法次數(shù)相同，另外將采樣的2 個(gè)實(shí)序列組合成復(fù)序列進(jìn)行變換，將結(jié)果按公式轉(zhuǎn)換為2 個(gè)實(shí)序列的FFT 變換結(jié)果。模擬實(shí)驗(yàn)表明，此種方法具有檢測(cè)實(shí)時(shí)性好，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，基于此種方法研制的16路電力諧波在線監(jiān)視、分析裝置，諧波測(cè)量精度達(dá)到2%。
(2)基波有功分量剔除法
    從傅立葉變換出發(fā)，通過(guò)檢測(cè)負(fù)載電流基波有功分量來(lái)檢測(cè)諧波和無(wú)功電流。有畸變電流，其中：iI(t)為單相電路中非線性負(fù)荷電流，ifp 為基波電流有功分量，A1 為基波有功分量幅值。該方法由于算法簡(jiǎn)單、所用器件少、實(shí)時(shí)性較高，不僅能適用于單相電路，而且也適用于三相四線制電路。
3.基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的測(cè)量方法
    目前，日本學(xué)者 H.Akagi 提出的瞬時(shí)無(wú)功功率理論為國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者所使用。此理論基于三相三線制電路的。設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值為ea、eb、ec 和ia、ib、ic，為分析問(wèn)題方便，把它們變換到兩相正交的坐標(biāo)系上。經(jīng)過(guò)變換可得出α、β兩相瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流iα、iβ。其中，在平面上，可以解得三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率q 和瞬時(shí)有功功率p。
    以三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論為基礎(chǔ)，計(jì)算 q、p 或ip、iq 為出發(fā)點(diǎn)即可得出三相三線制電路諧波檢測(cè)的兩種方法，分別稱(chēng)之為q、p 運(yùn)算方式和ip、iq 運(yùn)算方式。這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)且無(wú)畸變時(shí)，各電流分量的測(cè)量電路比較簡(jiǎn)單，并且延時(shí)小。檢測(cè)諧波電流時(shí)，因被測(cè)量對(duì)象電流中諧波構(gòu)成和采用濾波器的不同，會(huì)有不同的延時(shí)，但延時(shí)最多不超過(guò)1 個(gè)電源周期。對(duì)電網(wǎng)中最典型的諧波源——三相整流器，其檢測(cè)的延時(shí)約為1/6 周期?？梢?jiàn)，該方法具有很好的實(shí)時(shí)性，缺點(diǎn)是硬件多，花費(fèi)大，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較繁瑣。
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