电力系统谐波检测和去噪方法研究外文翻译资料

1什么是谐波？

服务的可靠性和电力质量已成为越来越多的关注点很多设施管理，特别是随着电子设备的敏感性的增加和自动化控制。有几个类型的电压波动，可能会导致问题，包括浪涌和尖峰，凹陷，谐波失真，和瞬时中断。谐波会导致敏感设备的故障和其他问题，包括过热变压器，布线，以及降低功率因数。

谐波是在正常的正弦电压和电流波形的顶部的电压和电流频率，通常这些谐波频率是基波频率的倍数，在美国和加拿大这种频率是60HZ。使用开关电源的开关电源是电子设备中最常见的谐波失真源，如计算机、变频调速、高效的电子灯镇流器。谐波从这些“开关负载”中产生（也被称为“非线性负载”，因为电流不随电压变化平稳，就像它与简单的电阻和无功负载）。每一次电流接通和关断，电流脉冲被创建。由此产生的脉冲波形是有一个频谱的谐波频率，包括60HZ的基础和倍数频率。这种电压失真通常会导致电流与系统阻抗反应的失真。（阻抗是衡量总的反对——电阻，电容和电感——交流电流的流动）高频波形，统称为总谐波失真（THD），执行没用的工作并且可能是一个重大的麻烦。图1是谐波对正常电压或电流波形的影响，表示组合波形显示添加到基本谐波的结果

图1 各次谐波结果图

谐波波形的特点是其幅度和谐波数，在美国和加拿大，第三次谐波是180HZ，第五次谐波是300HZ，在电路中的第三次谐波是最大的问题，在电路中的单相负载，如计算机和传真机。图1显示了如何在60HZ交流电压波形变化时的谐波增加。

2谐波问题

任何配电线路服务于现代电子设备都会包含一定程度的谐波频率, 谐波并不总是导致问题,而是这些现代设备或其他非线性负载所绘制的功率越大，电压失真程度越大。归因于谐波的潜在问题（或症状），包括：

1. 敏感设备故障
2. 断路器随机跳闸
3. 非常高的中性电流
4. 过热的相导体，面板和变压器
5. 变压器、不间断电源（UPS）过早失效
6. 低功率因数
7. 降低系统容量（因为谐波产生额外的热量，变压器和其他配电设备不能进行全额定负载）

3确定问题

没有明显的症状，如无公害断路器跳闸或过热的变压器，是如何确定谐波电流或电压是否值得关注的原因？这里有几个建议，简单，廉价的测量，设备经理或员工的电工可以采取，从出口开始和移动的上游：

1. 测量峰值和均方根（RMS）在样本的插座电压，“波峰因数”是峰均方根电压的比值。对于一个完美的正弦电压，波峰因数将是1.4，低波峰因数是一个明确的指标存在的谐波。请注意，这些测量必须执行一个“真正的有效值”，也就是不测量一个完美的正弦波形。
2. 检查配电盘。拆卸面板盖并目视检查部件是否过热迹象，包括变色或退色的绝缘端子螺钉，如果你看到任何这些症状，检查连接是否紧密（因为松散的连接可能也会导致过热），并比较电流在所有导体的评级。
3. 用夹在电流探头上的变压器二次电流和中性电流测量。如果没有谐波的产生，三相配电系统的中性电流仅进行三相电流的不平衡。在一个平衡的三相配电系统，相电流将是非常相似的，和电流在中性导体应该是远低于相电流并且也远低于其额定电流容量。如果中性线电流在导体额定容量的百分之70以上，你需要缓解这个问题。
4. 将变压器温度和加载与铭牌额定温度上升。如果谐波电流很高，即使是轻负载变压器也可以过热。一种在额定温度附近或其额定温度升高而负载远低于其额定容量的变压器是一个明显的信号，它是工作中的谐波。（许多变压器有内置的温度计。如果你没有，红外热像仪可以用来检测过热。）

除了这些简单的测量，许多电力监控设备现在已经从各种制造商的测量和记录谐波水平，这些工具提供THD的详细信息，以及对各次谐波频率强度。采取适当的措施，以确定你是否有高水平的谐波，如果是这样，找到的来源，你将被定位为选择最佳的解决方案。

4谐波问题的解决方案

解决谐波问题的最好办法是预防：选择设备和安装实践，将任何一个电路或设备中的谐波水平最小化。许多电能质量问题，包括那些由谐波引起，发生在新设备随意添加到旧的系统。然而即使在现有设施，这个问题通常可以用简单的解决方案如固定差或不存在基于个人设备或设施作为一个整体解决，移动几个载荷之间的支路，或添加额外的电路来帮助隔离敏感设备所引起的谐波失真。如果这些问题不能用这些简单的措施来解决，有2个基本的选择：加强配电系统，以抵御谐波或安装设备，以减轻或消除谐波。加强配电系统安装双尺寸的中性线或中性线安装单独的每个阶段，或者安装过热变压器，允许更多的散热。也有谐波额定断路器和面板，这是专为防止过热，由于谐波。这种选择一般更适合于新的设施，因为在这种方式的改造现有设施的成本可能是显着的。衰减谐波策略，从便宜到贵，包括无源谐波滤波器、隔离变压器、谐波变压器（HMTs），谐波抑制系统（HSS）和有源滤波器。

1. 无源滤波器：无源滤波器包括设备，提供低阻抗路径，以疏导谐波的地面和设备，创建一个更高的阻抗路径，以阻止谐波的流动。无源谐波技术的另一个弱点是，它们的名字意味着，它们不能适应它们所操作的电气系统的变化。这意味着，对电气系统的变化（例如，除了或除去的功率因数-校正电容器或更多的非线性负载的增加）可能导致它们被重载或创建“共振”，实际上可以放大，而不是减少谐波。
2. 有源谐波滤波器: 相比之下，有源谐波滤波器在响应于所监测的电路谐波电流的内容，不断调整自己的行为，并且他们不会引起共鸣。类似于汽车的自动变速器，有源滤波器的设计，以适应一个完整的范围内的预期工作条件安装，而不需要操作员进一步调整。
3. 隔离变压器：隔离变压器在所创建的电路隔离谐波滤波装置，保护上游设备的谐波影响。这些变压器不消除在电路产生的谐波问题，但它们可以防止在设备的其他地方的影响更敏感设备的谐波。
4. 谐波变压器：谐波变压器实际上做的是缓解谐波问题。HMTS如果能以正确应用则相当划算的，因为他们都能够提高可靠性和降低能源成本。正确的应用包括严重或中度负载的变压器，以及在高次谐波电流出现时。此外，由UPS的临界载荷非常有效。UPS和备用发电机一般有高阻抗，导致在非线性负载下时在高电压产生畸变。请注意，一些电力系统具有输出滤波器（无论是被动或主动）控制谐波水平。存在或缺乏这种过滤器前应确定添加HMT。
5. 谐波抑制系统：谐波抑制系统是一个独特的解决方案，用于抑制第三次谐波的单相负载。高速钢一般比HMT更昂贵，但它的目的是降低整个配电系统的谐波问题，不仅仅是变压器的上游。目前最好的机会，HSS安装是那些把一个非常高的溢价对供电质量和供电可靠性的设备类型，如服务器、广播电视工作室，和医院。

对谐波问题的各种解决方案有利弊。这里列出的解决方案是从最便宜的成本最低的初始成本最高。虽然谐波抑制变压器和谐波抑制系统是最昂贵的选择，但是它们是非常符合成本效益的应用。

表1各种解决方案以及应用对象。

5经济评估

评估的生命周期成本和效益对谐波抑制技术是非常具有挑战性的，超越了大多数工业设施经理的专业知识。在进行适当的测量和分析谐波问题，这种类型的评价需要分析谐波问题的成本（敏感设备的停机时间，降低功率因数，能量损失或潜在的能量损失）和成本的解决方案。一个开始执行这种类型的分析的好地方是要求你的本地实用程序或电力供应商的援助。许多公用事业提供他们自己的电能质量缓解服务，或者可以把你指的是外部电能质量交给服务提供商。

基于小波变换的电力谐波分析系统

摘要：电网谐波分析系统是基于小波变换的虚拟仪器。该系统由传感器，信号调理电路，数据采集和计算机组成。在系统内，采用小波包分析谐波和通过对MATLAB脚本确定在LabVIEW中畸变点节点。该信号根据电源信号字符的频率分为多波段自适应地选择的频带，以促进信号的时频分辨。

关键词：虚拟仪器；谐波；小波变换；频带。

1简介

随着非线性负载的增加，电力系统谐波干扰已变得越来越复杂。在谐波分析中有很多方法，如传统的快速傅立叶变换、短时傅立叶变换等。但所有这些方法都有一些缺点，例如频谱泄漏，不能同时进行时间和频谱分析。

这些年来，小波变换因其在时频局部分优异的成绩吸引了越来越多电力工程师的关注，所以运用小波变换进行谐波检测变得非常适合用于电力系统的非平稳信号的检测和时频分析。但基于小波变换的频谱分割多分辨率分析是非对称，导致在不同频率带上谐波量不一致，使其难以调和同频波段的测量。如果在高和低频率波段精细识别信息，我们利用小波包分析电力信号，因为小波包变换是合适的并且将是一个理想的处理非平稳时变信号的工具。这个系统软件的开发LabVIEW和MATLAB平台，它提供了一种适用于小波变换的有效方法测量仪器。

2小波包算法

设h_0k，h_1k是多分辨率分析滤波器的系数，定义如下递推公式：

当是正交尺度函数，是小波功能，以上定义函数集合是由决定的小波包，小波包是具有包括缩放功能和其他小波的一定关系的函数集。

为了讨论小波包的构成空间，介绍符号。根据小波多分辨率分析，能得到：

将上述表达式扩展到小波包，得到 。和是的子空间。对应，对应，在小波多分辨率分析中，用表示，小波包的空间分解是。在小波多分辨率分析中，空间被分解为子空间和。在小波包分解中，按二进式分解，因为n=0是与小波分解相对应，所以只能考虑n=1,2hellip;hellip;和j=1,2hellip;hellip;，

和递归等。小波变换的频率分辨率随频率的出现而下降，小波包分解就是基于小波分解

在高频带WJ，WJ的小波包对应WJ 的J频带的2K分频带划分。因此高频分辨率可以提高，并实现更好的频率波段定位，克服了小波变换只能分解VJ空间但是不能克服WJ空间的局限性。因此小波包变换可以得到更丰富的时频局部化信息，更适合于分析跳跃信号和非平稳信号。例如，下面是一个三级分解，其小波包分解如图1所示。一种低频率的方法，而二维的意思是高频，最后的序列号表示小波包的分解层数。小波包的分解是

图1

对于电力系统信号中含有第三、第五、第七、第十一次谐波的谐波，采用基于小波包分析的谐波检测方法，实现了对等间隔频率的分割。假设输入电压信号有第三、第七和第十一次谐波，表达式为

电压和电流信号可通过采样频率6400和1028点，我们用db10小波分析的原因是考虑到其优异的性能在狭窄的支撑宽度和精细的规律。通过对电压信号进行分解，得到小波包各频带的分解系数。对小波包分解系数进行重构，得到各频带的重构信号。当采样频率为6400，小波包分解的比例为5，该小波包的频率范围是32赫兹，各频段的空间。频率第三，第七和第十一谐波频率是150HZ，350Hz和550Hz，因此频率空间的分割完全符合要求。0-100Hz频段表示一次谐波，100-200Hz频段为第三次谐波，300-400Hz频率表示七次谐波，500-600Hz频率表示十一次谐波。图2表示计算结果，横坐标表示的采样点。

图2

3虚拟电压测量值

在时间周期T内，u(t)是电压信号。经过采样和A/D传输，它可以表示为。任何时域信号可以表示在加权线性和小波函数，因此电压信号是

是缩放函数的系数，是小波变换系数。电压的虚拟值可以表示在小波变换的系数。

因此虚拟电压值是==

当小波包分解尺度是J时，是节点频率波段内的电压虚值。表1表示测量值。

表1测量值

4虚拟仪器硬件和软件

虚拟仪器的硬件主要由传感器、信号校正电路、转换板、数据采集（DAQ）和计算机。传感器是HYH-SB-13-U电压传感器和HYH-SB-13-I电流传感器。信号校正电路由LM324同相比例放大器，其中修改的个

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