谐波测量

全光学互感器的谐波测量应用技术

采用电容分压器作为谐波电压传感器，信号经过高速数字化处理，发送到二次单元进行计算处理。本文经比较分析并结合实际，选择了操作性和实用性较强的快速傅里叶变换法作为谐波测量的分析方法，并且对谐波测量中普遍存在的频谱混叠和频谱泄漏问题进行了分析，提出了在测量算法上避免和减少上述两个问题的方法。[1]

光学电压互感器（OVT）的主要原理是利用光学晶体在外加电场的作用下，所产生 Pockels 效应、Kerr 效应等。当一束光射入某些处于电场中的光学晶体时，其出射光为有一定相位差的两束光，而这个相位差与光学晶体所处的电场强度成正比。测出此相位差，就能知道电场强度，达到测量电压的目的。光学电压互感器的优点在于：高压侧与低压侧达到了完全的电气隔离，适用于高压电网中；光信号不受电磁干扰；重量轻；用光纤传送信号，可供数字化的二次设备直接使用。但是光学晶体受温度影响较大，可靠性较差，这是目前待解决的问题。

电力系统中谐波的定义为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波的整数倍。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为分数次谐波。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固

定的频率以及规定的电压幅值，谐波电压的出现，是本应单一而固定的电力信号产生畸变，变为多样且变化的信号，对公用电网来说是一种污染。

（1）谐波的产生。

①发电机是电源的始发端，受限于加工工艺及机械工艺的水平，发电机的绕组和铁芯很难做到绝对的对称和均匀，那么发电机所发出的电就会有谐波成分。配电中的变压器铁芯饱和，磁化曲线非线性，也会引起谐波。这是电源本身质量不高引起的谐波。②各大电力公司为改善功率因数，大量使用的电容器组，电力电子装置中的整流装置、变频调速装置、电弧炉等都是谐波产生的源。由于电力电子技术的快速发展，非线性负载比例增加，工业和民用中大量的电力电子设备的运用，电力电子设备成为了主要的谐波源。

（2）谐波的危害

①在电网的发电、输电中，谐波引起发电机、变压器等输变电设备产生谐波损耗（铜、铁损耗等）、噪声和机械振动，降低发电、输电和用电的效率。②无功补偿电容器使谐波电流放大，引起电容器过电压或者过负荷而烧毁。③谐波会在电缆上产生集肤效应，使电缆绝缘寿命缩短，同时熔断器等对发热效应很敏感的设备会严重受损。④谐波会引起继电保护和自动装置的误动作，电力测量仪表产生误差，在局部会造成并联和串联谐振，谐波量被严重放大，引起电网的

重大事故和设备的永久损坏。因此研究谐波和治理谐波问题对电力系统的稳定运行和用户的生命财产安全有着重要的意义。

谐波的研究发展状况

公用电网电能质量，谐波污染问题早在上世纪 20 年代开始就引起了人们的注意，德国研究人员发现在电化学、电力拖动、电冶金中使用汞弧整流器会造成电流、电压波形的畸变，从而提出了静态整流器产生的波形畸变的问题。1945 年 J.C.Read发表了有关变流器产生谐波的论文，是早期谐波研究中比较有影响力的论文。由于当时的科技水平不高，谐波污染问题没有引起人们足够的重视，直到 60 年代人们才对其进行大量的研究，到了 80 年代，随着科技的发展，大量的非线性电力电子装置和精密仪器的使用，使谐波造成的危害日益严重，同时也引起了研究人员的重视，谐波研究也进入快速蓬勃的发展时期。谐波分析方法和谐波检测技术的研究是一个非常活跃的领域，各种各样的谐波分析与检测方法已经超出了电力系统的范畴，进入到电工理论、电力电子学、自动控制、数字信号处理、系统仿真技术、计算机技术等其它学科领域。

谐波电压的检测方法有：①采用分压器，其中分压器包括电阻分压、电容分压和阻容分压。使用分压器测量谐波电压时，其低压臂所连接的测量仪器必须为纯阻性的。这样才