配电系统谐波检测方法的研究综述
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Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ； Ｆ ＦＦ ； Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ； ｈ ａ ｒ ｍｏ ｉｃ ｎ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ —８ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ ２ ４ ０ 引 言
超 过一 个 电源 周 期 ， 对 于 电 网 中最 典 型 的 谐 波 源一 一 ｊ 相 整
（ ５ ０ Ｈ ｚ ） 以及规定的 固定 幅值 的电压水平供 电。然而 ， 电网通
常不能满足以上要求 ， 实 际 上 由 于 电 力 电 子 元 器 件 的 广 泛 应
用 ， 工业生产 中的大功率换 流设备 、 电压 自动调整设备 、 电弧
摘 要 ： 随 着 配 网 的 日益 发 展 ， 电 力 系统 的 谐 波 对 电能 质 量 的 危 害 受到 关 注 的 程 度 也 日益提 高。 归 类 并 分析 了现 有 各 种谐波检测方法 ， 从 它们 的 检 测 精 度 、 速度 、 延 时和 实 时性 作 出 简要 综 述 。 最后 利 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ系统 中傅 里 叶 快 速 变换 对谐 波进行仿真分析。 关键词 ： 谐 波检 测 ； 快 速 傅 里 叶 变换 ； Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ系统 ； 谐 波仿 真 Ｔｈ ｅ Ｏｖ ｅ ｒ Ｖｉ ｅ ｗｏ ｆ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄｓ Ｆｏ ｒ Ｈａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｉ ｎ Ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
技 术 研 发
Ｔ Ｅ （ ０ Ｌ ｏ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ Ｍ＿ Ａ ｌ 匝Ｔ
Ｖ ｏ １ ． ２ ０ ， Ｎ ｏ． ８， ２ ０ １ ３
配 电 系统 谐 波 检 测 方 法 的 研 究 综 述
陈锦胜
（ 广 东电 网公 司东莞供 电局 ， 广 东 东莞 ５ ２ ３ １ ４ ０ ）
Ｃ ＨＥ Ｎ Ｊ ｉ ｎ—ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｄｏ ｎ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｂ ｕ ｒ ｅ ａ ｕ ｏ ｆ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｄ ｏ ｎ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ５ ２ ３ １ ４ ０ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ ）
一
１ ． １ 基 于 时 无功 理 论 检 测 法
般而言 ， 一个理想 的 电力 系统 是 以单 一而 固定 的频率
１ ９ ８ ９ 年， 日本学者 Ｈ． Ａ ｋ 等人提 出瞬时无功 功率理论 ， 将有功功率和瞬时无 功功率 分解为交 流和直 流 ， 其 交流部 分 对应于 偕波电流 ， 由此可以计算 谐波分量 。基 Ｐ —ｑ 法、 ｉ ｐ—ｉ ｑ 法能够准确测量 对称 的三相三线制 电路 谐波值 。它不仅在 电 网电压畸变时适用 ， 在 电网电压不对称时也 同样有 效 ， 而在电 网电压畸变时 ， 使 用此法 测量谐 波存在 较大 的误 差 。由于此 理论基 于三相三线制 电路 ， 首先必 须构建 三相 电路 才能进 行 谐波测量 。这种方法的优点是 ， 当电 网电压对 称且无畸变 时 ， 各电流分里基波 正序无功分 量 、 不对称分量 及高 次谐波 分量 的测量 电路 比较简单 ， 并且延时少 ， 虽说 被测量对象 电流 中谐 波构成 和采用 的滤波器不 同， 会有不 同的延时 ， 但 延时最多不
炉、 非线性负载 等将不可 避免地 产生谐 波 ， 导致 电压 、 电流 波
形 发 生 了严 重 畸 变 。
电力系统谐 波是非 正弦波 ， 其频 率为 基波频 率 的整数倍
（ ｎ ） ， ｎ 为谐波 次数 。我 国电力 系统 的额定 频率 为５ Ｏ Ｈ ｚ ， 则 基 波频 率 为 ５ ０ Ｈ ｚ ， ２次 谐 波 频 率 为 １ ０ ０ Ｈ ｚ ， ３次 谐 波 频 率 为 １ ５ ０ Ｈ ｚ ， 如此类推。在一定供 电条件下 ， 有些 用 电设 备也会 出
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｍ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｑ ｕ ｌｉ ａ ￣ａ ｌ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ．Ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｔ ｅ ｈ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｖ ａ Ｙ ｉ ｏ Ｈ ｓ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ，ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ，ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ —ｔ ａ ｉ ｍｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｌｅ ａ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｅ ｄ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ｕ ｓ ｉ Ｉ ｆ ａ ｓ ｔ Ｆ ｏ ｕ ｒ ｉ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｈ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｎａ ａ ｌｙ ｓ ｉ ｓ ．
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ —８ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ ２ ４ ０ 引 言
超 过一 个 电源 周 期 ， 对 于 电 网 中最 典 型 的 谐 波 源一 一 ｊ 相 整
（ ５ ０ Ｈ ｚ ） 以及规定的 固定 幅值 的电压水平供 电。然而 ， 电网通
常不能满足以上要求 ， 实 际 上 由 于 电 力 电 子 元 器 件 的 广 泛 应
用 ， 工业生产 中的大功率换 流设备 、 电压 自动调整设备 、 电弧
摘 要 ： 随 着 配 网 的 日益 发 展 ， 电 力 系统 的 谐 波 对 电能 质 量 的 危 害 受到 关 注 的 程 度 也 日益提 高。 归 类 并 分析 了现 有 各 种谐波检测方法 ， 从 它们 的 检 测 精 度 、 速度 、 延 时和 实 时性 作 出 简要 综 述 。 最后 利 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ系统 中傅 里 叶 快 速 变换 对谐 波进行仿真分析。 关键词 ： 谐 波检 测 ； 快 速 傅 里 叶 变换 ； Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ系统 ； 谐 波仿 真 Ｔｈ ｅ Ｏｖ ｅ ｒ Ｖｉ ｅ ｗｏ ｆ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄｓ Ｆｏ ｒ Ｈａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｉ ｎ Ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
技 术 研 发
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Ｖ ｏ １ ． ２ ０ ， Ｎ ｏ． ８， ２ ０ １ ３
配 电 系统 谐 波 检 测 方 法 的 研 究 综 述
陈锦胜
（ 广 东电 网公 司东莞供 电局 ， 广 东 东莞 ５ ２ ３ １ ４ ０ ）
Ｃ ＨＥ Ｎ Ｊ ｉ ｎ—ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｄｏ ｎ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｂ ｕ ｒ ｅ ａ ｕ ｏ ｆ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｄ ｏ ｎ ｇ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ５ ２ ３ １ ４ ０ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ ）
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１ ． １ 基 于 时 无功 理 论 检 测 法
般而言 ， 一个理想 的 电力 系统 是 以单 一而 固定 的频率
１ ９ ８ ９ 年， 日本学者 Ｈ． Ａ ｋ 等人提 出瞬时无功 功率理论 ， 将有功功率和瞬时无 功功率 分解为交 流和直 流 ， 其 交流部 分 对应于 偕波电流 ， 由此可以计算 谐波分量 。基 Ｐ —ｑ 法、 ｉ ｐ—ｉ ｑ 法能够准确测量 对称 的三相三线制 电路 谐波值 。它不仅在 电 网电压畸变时适用 ， 在 电网电压不对称时也 同样有 效 ， 而在电 网电压畸变时 ， 使 用此法 测量谐 波存在 较大 的误 差 。由于此 理论基 于三相三线制 电路 ， 首先必 须构建 三相 电路 才能进 行 谐波测量 。这种方法的优点是 ， 当电 网电压对 称且无畸变 时 ， 各电流分里基波 正序无功分 量 、 不对称分量 及高 次谐波 分量 的测量 电路 比较简单 ， 并且延时少 ， 虽说 被测量对象 电流 中谐 波构成 和采用 的滤波器不 同， 会有不 同的延时 ， 但 延时最多不
炉、 非线性负载 等将不可 避免地 产生谐 波 ， 导致 电压 、 电流 波
形 发 生 了严 重 畸 变 。
电力系统谐 波是非 正弦波 ， 其频 率为 基波频 率 的整数倍
（ ｎ ） ， ｎ 为谐波 次数 。我 国电力 系统 的额定 频率 为５ Ｏ Ｈ ｚ ， 则 基 波频 率 为 ５ ０ Ｈ ｚ ， ２次 谐 波 频 率 为 １ ０ ０ Ｈ ｚ ， ３次 谐 波 频 率 为 １ ５ ０ Ｈ ｚ ， 如此类推。在一定供 电条件下 ， 有些 用 电设 备也会 出
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｍ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｑ ｕ ｌｉ ａ ￣ａ ｌ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ．Ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｔ ｅ ｈ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｖ ａ Ｙ ｉ ｏ Ｈ ｓ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ，ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ，ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ —ｔ ａ ｉ ｍｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｌｅ ａ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｅ ｄ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ｕ ｓ ｉ Ｉ ｆ ａ ｓ ｔ Ｆ ｏ ｕ ｒ ｉ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｈ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｎａ ａ ｌｙ ｓ ｉ ｓ ．