摘　要：諧波由于其對電網的危害性使得諧波測量在電力系統中占有重要的地位和作用。本文根據電力系統諧波測量的基本要求，介紹了電力系統諧波測量的一種硬件實現，并對應用于諧波測量的方法進行了分析。 關鍵詞：諧波在線測量 電能質量分析 1 引言 　　隨著電力電子技術的發展，電力電子裝置帶來的諧波問題對電力系統安全、穩定、經濟運行構成潛在威脅，給周圍電氣環境帶來了極大影響。諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀，引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。 　　理想的公用電網所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現，對公用電網是一種污染，它使用電設備所處的環境惡化，也對周圍的能耐電力電子設備廣泛應用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認識，但那時諧波污染還需要嚴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。用電網的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關注。諧波對公用電網和其他系統的危害大致有以下幾個方面： 　　（1）諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發生火災。 　　（2）諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。 　　（3）諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。 　　（4）諧波會導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確。 　　（5）諧波會對鄰近的通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量；重者導致住處丟失，使通信系統無法正常工作。 　　為了減少諧波產生上述的危害，一種對諧波的長時間連續的測量，通過分析儀器對采集的測量數據進行分析，從而采取適當的補償措施的測量方法變得迫切起來。 2 利用ION7550/7650設備實現諧波的在線測量 2.1 基于ION7550/7650分散式電能質量監控裝置簡介 　　ION7550/7650分散式電能質量監控裝置是加拿大POWER MEASUREMENT公司針對電能質量在線監測需求而研制的多功能分散式在線電能質量監測裝置。ION7550/7650強大的I/O功能可應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、功率因素調整、需量監控、數據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個全內置以太口、可選1個全內置工業級Modem。由于本裝置具有獨特的多通信口和多通信協議，ION7550/7650分散式電能質量監控裝置可以接入任何廠家的綜合自動化系統、電能質量監測系統或電能計量系統，大大提高了本裝置的性價比。 2.2 基于ION7550/7650分散式電能質量監控系統結構圖2-1 n 　　由上圖我們可以清楚的看到，本諧波在線監測系統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量需要監測的變電站，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，然后通過以太網傳輸到地區供電局層的監測中心，而地區供電局層的監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、總結也生成一個文件給省電力局層的相關職能部門人員查看分析，以便采取適當的諧波抑制措施。為了避免數據傳輸過程中出現的數據丟失情況，各個安裝在基層變電站上的ION7650設備也將他分析處理的諧波數據直接通過以太網或電力、電信電話網直接傳輸到省局的監測中心，同樣的省電力局層的相關職能部門人員也可以對其數據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，也就實現了諧波的在線監測任務。 2.3 ION7550/7650實現諧波測量的原理 　　ION系列產品其內部功能邏輯均是采用多種ION模塊組成的一體化網狀結構，每一種模塊都執行某種特定的功能，如同一個常規電力儀表。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）可以是數據信號、布爾信號、脈沖信號，輸出（Output）輸出的就是通過轉換的數據信號、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今應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，檢測結果實時性較差。而且在采樣過程中，當信號頻率和采樣頻率不一致時，即當式（1）不成立時，使用該方法會產生頻譜泄漏效應和柵欄效應，使計算出的信號參數（即頻率、幅值和相位）不準確，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。 　　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（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幅值Am和相角jm的公式[5]。 　　　　　 　　式（4）和（5）為海寧窗插值算法計算復幅值Am和相角jm的公式。 2.4 ION7550/7650分散式電能質量監控裝置的使用方法 　　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分散式電能質量監控裝置來對諧波進行監測。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、系統的了解和掌握香港電網及各諧波源的特點，分析各個非線性用戶對電力系統電能質量產生的污染及危害程度的規律，以便采取針對性的措施實現電網及用戶的電能質量監測和綜合管理，取得一手電能質量特性數據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）引進使用電能質量在線監測系統。 　　香港中華電力公司電能質量在線監測系統是目前全亞洲乃至全世界最大的電能質量監測系統，主要由300多臺加拿大POWER MEASUREMENT公司生產的ION7550/7650以及ION EEM組成。香港中華電力選擇的監測點包括從輸電到配電的各個電壓等級，包括380V、11kV、132kV和400kV。可以采集電壓跌落和電壓諧波等電能質量數據，通過SMS消息和Email在10分鐘之內發出電能質量事件報警，為關鍵用戶提供方便快捷的在線電能質量監測服務。此外，系統的整合了近190臺故障錄波器以及160臺RTU，將這些第三方的裝置的數據全部整合在EEM系統，提供統一的分析平臺。 　　基于電能質量監測中心的網絡及其數據管理技術，CLP實現了通過Web的友好界面，對網絡內所有地點PQ參數的報表和圖形進行在線分析，所有數據庫中的數據都能第一時間的查閱，還具有：允許客戶進行Web顯示設置；能夠建立窗口，用于比較各個不同位置數據源的數據；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系）；用戶可方便的添加、刪除或重新定位一個PQ裝置，管理數據庫的變化；支持所有的文本和圖形數據輸出功能；查詢電力系統各種日常報表，特殊報表和PQ指標報表等。如圖3-1所示。 　　ION系電能質量監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如摩托羅拉（Motorola）、惠普公司（Hewlett－Packard）、甲骨文（Oracle）等知名企業也選擇了ION電能質量監控裝置。 　　可見，目前針對我貴州電網諧波在線監測這一個重點工作來說，引進ION電能質量在線監控系統具有劃時代的意義。 4 結束語 　　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，對諧波的在線監測，提供實時可靠的數據，方便了我們決策人員對電能質量的監控，以便制定具體的措施。而基于ION電能質量在線監測系統的構建，也使得了我們的管理部門能在網絡上快捷、直觀地了解所需的電能質量諧波的數據和信息，強化了電能質量的監督管理工作，為電能質量提供了真實、準確、實時的信息。隨著計算機技術的發展和數據庫技術的進步，改進的ION電能質量監測和數據處理系統必將使得電能質量管理工作的規范化、智能化、科學化和現代化。 參考文獻 　　[1] 王兆安，等．諧波抑制和無功補償[M]．北京：機械工業出版社，1998． 　　[2] 呂潤如，等．電力系統高次諧波[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]．電力系統自動化，1996，21（10）：39-41．