摘　要：諧波由于其對電網(wǎng)的危害性使得諧波測量在電力系統(tǒng)中占有重要的地位和作用。本文根據(jù)電力系統(tǒng)諧波測量的基本要求，介紹了電力系統(tǒng)諧波測量的一種硬件實現(xiàn)，并對應(yīng)用于諧波測量的方法進行了分析。 關(guān)鍵詞：諧波在線測量 電能質(zhì)量分析 1 引言 　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置帶來的諧波問題對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行構(gòu)成潛在威脅，給周圍電氣環(huán)境帶來了極大影響。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀，引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設(shè)備和電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。 　　理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的能耐電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認(rèn)識，但那時諧波污染還需要嚴(yán)懲沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各種電力電子裝置的迅速使得公。用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人們高度的關(guān)注。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面： 　　（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。 　　（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。 　?。?）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。 　?。?）諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確。 　?。?）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。 　　為了減少諧波產(chǎn)生上述的危害，一種對諧波的長時間連續(xù)的測量，通過分析儀器對采集的測量數(shù)據(jù)進行分析，從而采取適當(dāng)?shù)难a償措施的測量方法變得迫切起來。 2 利用ION7550/7650設(shè)備實現(xiàn)諧波的在線測量 2.1 基于ION7550/7650分散式電能質(zhì)量監(jiān)控裝置簡介 　　ION7550/7650分散式電能質(zhì)量監(jiān)控裝置是加拿大POWER MEASUREMENT公司針對電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求而研制的多功能分散式在線電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。ION7550/7650強大的I/O功能可應(yīng)用于諧波在線檢測分析、電壓上沖下陷記錄和波形采樣、閃變分析、電壓不平衡度測量、事件記錄、控制輸出、功率因素調(diào)整、需量監(jiān)控、數(shù)據(jù)集中管理分析等功能。 　　ION7550/7650可以選擇多通信方式，最大配置有5個通信口，其中有1個RS-232/RS485口、1個RS-485口、1個紅外通信口、1個全內(nèi)置以太口、可選1個全內(nèi)置工業(yè)級Modem。由于本裝置具有獨特的多通信口和多通信協(xié)議，ION7550/7650分散式電能質(zhì)量監(jiān)控裝置可以接入任何廠家的綜合自動化系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)或電能計量系統(tǒng)，大大提高了本裝置的性價比。 2.2 基于ION7550/7650分散式電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2-1 n 　　由上圖我們可以清楚的看到，本諧波在線監(jiān)測系統(tǒng)的整個信息傳輸流程。他分為三個層次：供電局下屬變電站層、地區(qū)供電局層、省電力局層。其原理就是我們將ION7650分別安裝在每一個電能質(zhì)量需要監(jiān)測的變電站，也就是供電局下屬變電站層，通過ION7650采集諧波信號并將其分析歸類制圖生成專門的文件，然后通過以太網(wǎng)傳輸?shù)降貐^(qū)供電局層的監(jiān)測中心，而地區(qū)供電局層的監(jiān)測中心在將其下所屬的所有變電站的諧波信息再一次進行比對、分析、總結(jié)也生成一個文件給省電力局層的相關(guān)職能部門人員查看分析，以便采取適當(dāng)?shù)闹C波抑制措施。為了避免數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失情況，各個安裝在基層變電站上的ION7650設(shè)備也將他分析處理的諧波數(shù)據(jù)直接通過以太網(wǎng)或電力、電信電話網(wǎng)直接傳輸?shù)绞【值谋O(jiān)測中心，同樣的省電力局層的相關(guān)職能部門人員也可以對其數(shù)據(jù)進行查看分析并采取措施。 　　由于安裝在變電站基層的ION7650的采樣點是512點/周波，最高1024點/周波，可以捕捉20us 的子周波瞬變，也就實現(xiàn)了諧波的在線監(jiān)測任務(wù)。 2.3 ION7550/7650實現(xiàn)諧波測量的原理 　　ION系列產(chǎn)品其內(nèi)部功能邏輯均是采用多種ION模塊組成的一體化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一種模塊都執(zhí)行某種特定的功能，如同一個常規(guī)電力儀表。通過多個ION模塊按照不同的邏輯組合連接起來就實現(xiàn)了不同的功能。我們可以不I每個ION看成一個功能箱，如圖2-2：圖2-2中輸入（Input）可以是數(shù)據(jù)信號、布爾信號、脈沖信號，輸出（Output）輸出的就是通過轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)信號、脈沖信號和事件信號。而功能箱的算法采用的是基于傅立葉變換的諧波測量。基于傅立葉變換的諧波測量是當(dāng)今應(yīng)用最多也是最廣泛的一種方法。它由離散傅立葉變換過渡到快速傅立葉變換的基本原理構(gòu)成。使用此方法測量諧波，精度較高，功能較多，使用方便。其缺點是需要一定時間的電流值，且需進行2次變換，計算量大，計算時間長，從而使得檢測時間較長，檢測結(jié)果實時性較差。而且在采樣過程中，當(dāng)信號頻率和采樣頻率不一致時，即當(dāng)式（1）不成立時，使用該方法會產(chǎn)生頻譜泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，使計算出的信號參數(shù)（即頻率、幅值和相位）不準(zhǔn)確，尤其是相位的誤差很大，無法滿足測量精度的要求，因此必須對算法進行改進。 　　　　　　　 　　式中 T0為信號周期；Ts為采樣周期；fs為采樣頻率；f0為信號頻率；L為正整數(shù)。 　　利用加窗插值算法對快速傅立葉算法進行修正的方法。該方法可減少泄漏，有效地抑制諧波之間的干擾和雜波及噪聲的干擾，從而可以精確測量到各次諧波電壓和電流的幅值及相位。文[4]給出了不同窗函數(shù)（如矩形窗、海寧窗、布萊克曼窗、布萊克曼窗–哈里斯窗）的插值算法。在實際測量過程中，選用矩形窗插值算法和海寧窗插值算法能夠滿足測量精度的要求。 　　　　　 　　式（2）和（3）為矩形窗插值算法計算復(fù)幅值A(chǔ)m和相角jm的公式[5]。 　　　　　 　　式（4）和（5）為海寧窗插值算法計算復(fù)幅值A(chǔ)m和相角jm的公式。 2.4 ION7550/7650分散式電能質(zhì)量監(jiān)控裝置的使用方法 　　在每一個基層的變電站可在一條計量回路中安裝一個ION7550/7650分散式電能質(zhì)量監(jiān)控裝置來對諧波進行監(jiān)測。典型的四線星型連接圖如圖2-3。 3 典型案例 　　為了進一步深入、全面、系統(tǒng)的了解和掌握香港電網(wǎng)及各諧波源的特點，分析各個非線性用戶對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的污染及危害程度的規(guī)律，以便采取針對性的措施實現(xiàn)電網(wǎng)及用戶的電能質(zhì)量監(jiān)測和綜合管理，取得一手電能質(zhì)量特性數(shù)據(jù)為今后的綜合治理工作提供可靠的保障，香港中華電力公司（CLP）引進使用電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)。 　　香港中華電力公司電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)是目前全亞洲乃至全世界最大的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，主要由300多臺加拿大POWER MEASUREMENT公司生產(chǎn)的ION7550/7650以及ION EEM組成。香港中華電力選擇的監(jiān)測點包括從輸電到配電的各個電壓等級，包括380V、11kV、132kV和400kV?？梢圆杉妷旱浜碗妷褐C波等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過SMS消息和Email在10分鐘之內(nèi)發(fā)出電能質(zhì)量事件報警，為關(guān)鍵用戶提供方便快捷的在線電能質(zhì)量監(jiān)測服務(wù)。此外，系統(tǒng)的整合了近190臺故障錄波器以及160臺RTU，將這些第三方的裝置的數(shù)據(jù)全部整合在EEM系統(tǒng)，提供統(tǒng)一的分析平臺。 　　基于電能質(zhì)量監(jiān)測中心的網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)據(jù)管理技術(shù)，CLP實現(xiàn)了通過Web的友好界面，對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有地點PQ參數(shù)的報表和圖形進行在線分析，所有數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)都能第一時間的查閱，還具有：允許客戶進行Web顯示設(shè)置；能夠建立窗口，用于比較各個不同位置數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)；清晰地顯示所所安裝儀表的位置（變電站名、電壓等級等可幫助追溯儀表之間的關(guān)系）；用戶可方便的添加、刪除或重新定位一個PQ裝置，管理數(shù)據(jù)庫的變化；支持所有的文本和圖形數(shù)據(jù)輸出功能；查詢電力系統(tǒng)各種日常報表，特殊報表和PQ指標(biāo)報表等。如圖3-1所示。 　　ION系電能質(zhì)量監(jiān)控裝置也大量使用于國外的電力公司，如新加坡電力公司、馬來西亞電力公司、泰國電力公司、韓國電力公司等，而對諧波影響要求較高的大型企業(yè)如摩托羅拉（Motorola）、惠普公司（Hewlett－Packard）、甲骨文（Oracle）等知名企業(yè)也選擇了ION電能質(zhì)量監(jiān)控裝置。 　　可見，目前針對我貴州電網(wǎng)諧波在線監(jiān)測這一個重點工作來說，引進ION電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)具有劃時代的意義。 4 結(jié)束語 　　由于諧波的不可避免，為了最大限度的減小諧波對電力系統(tǒng)的損害，我們就要在諧波造成損害之前采取措施消除它。因此，對諧波的在線監(jiān)測，提供實時可靠的數(shù)據(jù)，方便了我們決策人員對電能質(zhì)量的監(jiān)控，以便制定具體的措施。而基于ION電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建，也使得了我們的管理部門能在網(wǎng)絡(luò)上快捷、直觀地了解所需的電能質(zhì)量諧波的數(shù)據(jù)和信息，強化了電能質(zhì)量的監(jiān)督管理工作，為電能質(zhì)量提供了真實、準(zhǔn)確、實時的信息。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的進步，改進的ION電能質(zhì)量監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)必將使得電能質(zhì)量管理工作的規(guī)范化、智能化、科學(xué)化和現(xiàn)代化。 參考文獻 　　[1] 王兆安，等．諧波抑制和無功補償[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998． 　　[2] 呂潤如，等．電力系統(tǒng)高次諧波[M]．北京：中國電力出版社，1998． 　　[3] Sutherland P E．Harmonic measurements in industrial power system[J]．IEEE Trans on IA，1995，31（1）：175-183． 　　[4] 李庚銀，等．快速傅立葉變換的兩種改進算法[J]．電力系統(tǒng)自動化，1997，21（12）：37- 40． 　　[5] Mao C S．A digital measurement scheme for timevarying transient harmonic[J]．IEEE Trans on Power Delivery，1995，10（3）． 　　[6] 楊樺，等．基于小波變換檢測諧波的新方法[J]．電力系統(tǒng)自動化，1996，21（10）：39-41．