目前，伴隨著新能源發(fā)電的饋入及負(fù)荷的增加，大量非線性、沖擊性負(fù)載被投入運(yùn)行，導(dǎo)致電網(wǎng)中的諧波污染愈加嚴(yán)重，諧波組成也日趨復(fù)雜。電網(wǎng)中的諧波嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須進(jìn)行有效治理。因此，針對(duì)電網(wǎng)諧波所帶來的影響，如何快速準(zhǔn)確地檢測諧波信號(hào)，降低電網(wǎng)損耗，提高電能質(zhì)量，成為研究電網(wǎng)諧波的重點(diǎn)。

航天建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司、寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司等單位的研究人員，針對(duì)電網(wǎng)諧波檢測問題，在基于希爾伯特-黃變換的諧波檢測方法基礎(chǔ)上，提出將波形匹配方法與鏡像延拓方法相結(jié)合和引入自適應(yīng)噪聲的完全經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法，能夠?qū)哂虚g斷點(diǎn)的諧波信號(hào)、含高次諧波衰減、突變諧波信號(hào)進(jìn)行有效跟蹤與檢測。

諧波水平是反映電能質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)諧波進(jìn)行有效檢測并對(duì)諧波參數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算有助于實(shí)現(xiàn)諧波的準(zhǔn)確分析及有效抑制，具有重要的理論意義及工程應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)傳統(tǒng)希爾伯特-黃變換采用EMD理論對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)的端點(diǎn)效應(yīng)及模態(tài)混疊效應(yīng)的問題，研究人員提出了一種改進(jìn)希爾伯特-黃變換方法，該方法通過改進(jìn)鏡像延拓方法抑制端點(diǎn)效應(yīng)，減小分解誤差；基于自適應(yīng)噪聲完全經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法克服模態(tài)混疊效應(yīng)，且分解結(jié)果不產(chǎn)生過多虛假模態(tài)分量，所提方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)諧波參數(shù)的有效檢測。

該方法可對(duì)具有間斷點(diǎn)的諧波信號(hào)、含高次諧波衰減、突變諧波信號(hào)進(jìn)行靈敏、準(zhǔn)確檢測。研究人員采用本方法對(duì)實(shí)測信號(hào)進(jìn)行諧波檢測，基于檢測結(jié)果可對(duì)原信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確恢復(fù)。最后開發(fā)了一套諧波檢測系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提方法的準(zhǔn)確性及有效性。

1 諧波檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

基于改進(jìn)希爾伯特-黃變換的諧波檢測系統(tǒng)總體方案如圖1所示，系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分。

硬件系統(tǒng)主要由電壓和電流傳感器、信號(hào)調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡三部分構(gòu)成。電壓和電流傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)諧波電壓和電流信號(hào)的高精度測量和采集；信號(hào)調(diào)理電路能夠?qū)﹄妷汉碗娏鞑蓸有盘?hào)進(jìn)行調(diào)理以滿足數(shù)據(jù)調(diào)理電路和后級(jí)電路的需要；數(shù)據(jù)采集卡對(duì)傳感器調(diào)理電路的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

圖1 諧波檢測系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)采用如圖2所示的凌華科技生產(chǎn)PCI9813A數(shù)據(jù)采集卡，通過傳感器及信號(hào)調(diào)理電路獲取合適的諧波信號(hào)后，需通過數(shù)據(jù)采集卡對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行離散采樣，以便后續(xù)系統(tǒng)分析及處理。

圖2 PCI9813A數(shù)據(jù)采集卡

2 軟件系統(tǒng)主界面

諧波檢測系統(tǒng)基于LabVIEW平臺(tái)開發(fā)。將數(shù)據(jù)采集卡得到的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)處理分析，顯示分析后的諧波檢測結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示和保存。

電力系統(tǒng)諧波檢測系統(tǒng)的主界面如圖3所示，由波形顯示、諧波檢測及數(shù)據(jù)查詢與保存三個(gè)功能區(qū)組成。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，電力系統(tǒng)基波頻率應(yīng)在50±0.2Hz或者50±0.5Hz范圍內(nèi)，本系統(tǒng)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置。

圖3 電力系統(tǒng)諧波檢測系統(tǒng)主界面

本系統(tǒng)可對(duì)實(shí)時(shí)的三相電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采集，同時(shí)軟件采用本文提出的改進(jìn)希爾伯特-黃變換方法進(jìn)行諧波信號(hào)提取，并計(jì)算實(shí)時(shí)的基波頻率。

圖4 諧波檢測與分析界面

諧波檢測與分析界面如圖4所示，軟件系統(tǒng)集成諧波檢測與數(shù)據(jù)分析模塊，該模塊中采用本文提出的改進(jìn)希爾伯特-黃變換方法。通過該方法對(duì)信號(hào)采集卡儲(chǔ)存的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行分析和處理得到各次諧波的幅值、相位和頻率等信息，并進(jìn)行顯示。

本文編自2022年第5期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于改進(jìn)希爾伯特-黃變換的電力系統(tǒng)諧波檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，作者為楊逸帆、趙兵兵 等。