【摘要】電力系統存在越來越嚴重的諧波污染，這制約到電能的質量，進而威脅到電力系統的經濟運行以及安全性。因為諧波造成的影響，業已制約電力系統的順利運行，為了實現電力系統運行的安全性，對電力諧波進行測量與分析顯得非常迫切。諧波檢測是做好抑制與消除諧波的基礎，采用諧波分析儀能夠對各種負荷產生的諧波進行測量、分析，并且目前大多數諧波分析儀都采用快速傅里葉變換FFT算法。

【關鍵詞】諧波;諧波危害;諧波檢測;FFT

引言

在理想的供電系統以及電力系統當中，電能往用戶供電是借助要求的電壓水平與恒定單一的工業頻率。基于不斷發展的工農業生產影響下，電力系統當中增加了非常多的非線性用戶，進而導致電網當中注入大量的高次諧波，如此的后果是導致電能質量的降低以及畸變出現在電網電壓正弦波形上。尤其是近些年以來，廣泛地普及和應用電力電子設備導致非常嚴重的公用電網諧波污染現象，其嚴重地影響與危害著用電裝置與電力系統。

1諧波的形成及其危害性

1.1形成諧波的原因

因為存在以上的負荷，這造成電力系統當中的正弦波性跟電流波形相偏離，從而導致畸變現象的出現。由于僅僅在輸入電壓被控制的部分上，電流才被線性負載吸取，如此一來，能夠實現效率的提升，可是導致諧波出現在負載電流當中。在供電系統當中傳輸非正弦波形的時候，會降低沿途的電壓，這會制約到電壓的波形，從而導致程度不一的畸變現象。如此的電能質量的降低會嚴重地影響到用電裝置與電力系統。電網當中增加諧波含量，會縮短電氣裝置的使用年限，增加網損，從而更加容易導致系統出現諧波諧振，在嚴重的情況下會形成危險性的過電流和過電壓。并且，還會干擾通信系統、導致電度計量與儀表指示的不準確性、自動設備與繼電保護的誤動作等一系列的現象。

1.2諧波的危害性

諧波會危害到公用電網以及其它的系統，具體來講，其主要表現為下面幾點：

①公用電網元件在諧波的影響之下使附加諧波損耗生成，從而導致用電裝置、輸電、發電的效率降低，經過中性線的大量三次諧波導致線路太熱，進而會導致火災的出現。

②諧波對一系列電氣裝置的順利運行運行起到影響作用。諧波影響到的電機不但使附加損耗增加，還會導致過電壓、噪音、機械震動的形成。諧波導致變壓器局部太熱，以及導致電纜和電容器裝置的老化絕緣，從而大大地縮短了其應用的年限，要么是形成了損壞。

③公用電網基于諧波的影響之下會出現部分范圍的并聯諧振與串聯諧振現象，從而使諧波被放大，最終造成安全事故。

④繼電保護與自動裝置基于諧波的影響下會使誤動作出現，以及造成測量電氣儀表出現錯誤。

⑤周圍的通信系統會受到諧波的影響作用，較輕的情況是導致噪音的形成，從而使通信質量大大地降低;較重的情況是丟失信息，從而導致系統難以順利地運行。

2電力系統諧波理論以及算法（FFT）

在實際當中對非正弦周期信號進行測量的過程中，通常都在一段連續的時間段之內進行應用，這導致經過模數轉換的電流或者是電壓信號之后獲得離散時間信號(其表示應用有限字長)，進而由其對一個周期進行截取，從而對一系列諧波幅值進行有效地計算。為了能夠根據離散序列(一個周期當中)而獲得一系列的次諧波幅值，其中的一種手段是應用立足于不間斷信號的傅立葉級數諧波進行探究。而另外一種手段是對離散傅立葉變換的應用，假設周期函數是輸入的信號是快速傅里葉變換算法(FFT)的基礎，其基礎原理是逐次地對一個長度是N的序列的離散傅里葉變換進行分析，且使之向一個比較短的離散傅里葉變換轉換。

2.1電力系統的電壓或者是電流的傅立葉變換

能夠借助一個周期函數體現電力系統當中的電業電流信號，即：f(t)=f(t+KT)(1)式中，T-周期函數的周期，且K=0，1，2，3，…;f=1/T-電力系統運行的頻率。

2.2FFT的諧波分析

針對一個周期是N的有限的、離散的長序列X(n)={X(0)，X(1)，X(2)…X(N-1)}，結合數字信號的處理原理，其離散傅立葉變換(DEF)的表示式是：對于FFT函數在Matlab當中來講，因為Matlab由1開始遞增來約定下標，所以Matlab當中選擇的周期是N的、有限的、離散的長序列轉換為X(n)={X(1)，X(2)，X(3)，…X(N)}，FFT表示式子是：式子略

3測量諧波

分析和測量電力諧波能夠明確某個用電范圍或者是電網當中的諧波定量現狀，從而有利于計量電能或者是監控其質量，并且也是控制諧波的關鍵所在。這樣一來，最終能夠借助有效的對策處理電力系統諧波分析和監測的一系列問題，達到減小和控制電力系統諧波的目標。諧波檢測屬于控制和消除諧波的基礎保障。當前形勢下，都應用FFT來充當巨大多數的諧波檢測儀，如原西德的NOWA21型、國產WFX21型、SFX21型、PS22型、GFX298型。

(1)以理論作為視角，都是首先獲得信號電流或者是電壓各次諧波的相角與幅值，再借助公式能夠便于獲得諧波阻抗(Zh)、諧波功率(Ph)、總諧波畸變率(DFU)等值。針對各種諧波而言，都具備異樣的研究方法。針對穩態諧波一般借助離散W變換、FHT算法、FFT算法等;針對暫態諧波，會應用小波變換和優化的FFT分析等。

(2)在實際檢測的時候，我們借助諧波頻譜分析儀對40多個檢測點(典型用戶支路、關鍵整流裝置饋線支路、配電柜一系列低壓電容器的支路、一系列變壓器出線口等)進行電流和電壓的檢測、記錄、保存。

4結束語

總而言之，借助諧波分析儀來檢測一系列負荷形成的諧波，能夠讓運行人員實時地了解諧波出現的規律、特點、原因等等，且在生產的過程中實施有效的對策，有著非常大的現實意義，其可以實現電力系統安全系數的大大提升。

作者：張偉斌     單位：河鋼集團宣鋼檢修公司