船舶電力系統(tǒng)中的諧波檢測(cè)方法綜述

摘 要：船舶電力系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的、小型的完整電力系統(tǒng)，由于整流型，沖擊性等非線性負(fù)荷的存在，所以對(duì)比陸地大電網(wǎng)，船舶電力系統(tǒng)有著更加嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題，而其中最主要的問題就是諧波，諧波會(huì)使船舶電網(wǎng)供電質(zhì)量指標(biāo)嚴(yán)重下降，同時(shí)使得電網(wǎng)各個(gè)部件運(yùn)行情況惡化。所以如何更快速更準(zhǔn)確的測(cè)量出系統(tǒng)中的諧波與簡(jiǎn)諧波，成為了全世界的焦點(diǎn)。文章主要介紹了目前流行的諧波檢測(cè)方法，并詳細(xì)論述了各種檢測(cè)方法上的優(yōu)勢(shì)與不足，以便在檢測(cè)過程中選擇更加恰當(dāng)?shù)姆椒ā?/p>

關(guān)鍵詞：船舶電力系統(tǒng)；諧波；檢測(cè)方法

1 概述

船舶電力系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，隨著電力技術(shù)的飛速發(fā)展以及科技的進(jìn)步，船舶電力系統(tǒng)已經(jīng)從早期的單一照明供電，逐漸發(fā)展成現(xiàn)代的船舶電力。然而，正是由于大量半導(dǎo)變流器的普遍投入使用，以及電力技術(shù)的應(yīng)用，這使得船舶電力系統(tǒng)中的諧波污染日益嚴(yán)重[1]。

諧波會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的電機(jī)和變壓器的附加損耗，并且產(chǎn)生噪聲、過熱現(xiàn)象、諧波過電壓以及機(jī)械振動(dòng)，甚至?xí)p壞變壓器與電機(jī)。同時(shí)諧波會(huì)引起，電流變化率電壓變化率過高或產(chǎn)生過熱效應(yīng)，控制系統(tǒng)誤差，會(huì)給換流裝置帶來影響、并且引起晶閘管故障[2]。高次諧波也會(huì)對(duì)線路以及通訊設(shè)備帶來干擾，從而產(chǎn)生電力測(cè)量?jī)x表中的誤差。

而諧波問題涉及面很廣，其中包括畸變波形、諧波抑制的分析方法、諧波潮流計(jì)算、電網(wǎng)諧波潮流計(jì)算、諧波測(cè)量、諧波源分析以及諧波限制標(biāo)準(zhǔn)等[2]。諧波檢測(cè)是諧波問題的一個(gè)重要分支，也是研究諧波問題的基礎(chǔ)與出發(fā)點(diǎn)。

2 基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)算法

雖然加窗插值法能夠減小一定的誤差，但為了檢測(cè)出信號(hào)中所有的間諧波和諧波分量，窗寬在大多數(shù)情況下可能會(huì)高達(dá)幾十個(gè)信號(hào)周期，并且容易受噪聲干擾，這對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)是不利的。

3 基于小波變換的諧波檢測(cè)方法

小波變換是將信號(hào)與一個(gè)時(shí)域和頻域均具有局部化性質(zhì)的平移伸縮小波基函數(shù)進(jìn)行卷積，將信號(hào)分解成位于不同頻帶時(shí)段上的各個(gè)成分。小波變換是在工程應(yīng)用中最重要的是最優(yōu)小波選擇，目前主要是通過小波分析處理信號(hào)的結(jié)果與結(jié)論的誤差來判定小波的好壞，并由此選擇小波基。

特殊地，取a0=2，b0=1，可以得到二進(jìn)小波（Dyadic Wavelet），相應(yīng)的變換為二進(jìn)小波變換。盡管目前小波變換法在諧波檢測(cè)中廣泛應(yīng)用，但是由于小波變換所含信息量較大，不容易硬件實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)噪聲較為敏感，所以小波算法在電力系統(tǒng)諧波、簡(jiǎn)諧波中的應(yīng)用仍然需要更進(jìn)一步的研究。

4 各類諧波檢測(cè)算法比較與分析

從信號(hào)求解的分辨率、穩(wěn)定性、可靠性、和實(shí)時(shí)性考慮加窗DFT、小波變換和HHT法應(yīng)用于船舶電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）DFT算法穩(wěn)定、實(shí)用、有效，采用FFT算法可以提高算法的實(shí)時(shí)性；但其缺點(diǎn)也是十分明顯的的，如算法運(yùn)算所需時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算量也較大，且需進(jìn)行2次變換，檢測(cè)結(jié)果也不具有較好的實(shí)時(shí)性等等。而且在非同步采樣情況下使用這種方法分析計(jì)算時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻譜混疊、頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)等問題。（2）小波分析法是近些年較為常用的一種暫態(tài)分析算法，同時(shí)也是一種頻域特性和時(shí)域特性的局部變換，因此很多FFT變換不能處理的問題它都能夠處理，比如FFT變換無法檢測(cè)函數(shù)和信號(hào)的頻域特性的問題。但是小波變換法不能像FFT那樣得到各次諧波頻譜的準(zhǔn)確數(shù)值信息，從而對(duì)于穩(wěn)態(tài)信號(hào)的檢測(cè)小波變換法并不適用。

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作者簡(jiǎn)介：秦瑞陽（1992-），男，漢族，江蘇，碩士研究生，上海海事大學(xué)，電氣工程及其自動(dòng)化。