【文章內(nèi)容簡介】 因此也不可忽視。電氣鐵道機車一般采用大容量單相整流設(shè)備，這除了會給電網(wǎng)帶來三相不平衡外，還會產(chǎn)生大量的諧波；類似于電弧爐等含有電弧的設(shè)備，例如電焊設(shè)備和冶煉設(shè)備，會產(chǎn)生間諧波，還會產(chǎn)生高次諧波，簡諧波的引入可能引起電壓波動和閃變。這些設(shè)備的大量引入都會給電力網(wǎng)的電壓電流波形帶來畸變，同時對電力設(shè)備、通信線路、廣大用戶電氣設(shè)備及電子設(shè)備產(chǎn)生危害和干擾。(2)含半導(dǎo)體非線性元件的諧波源，如各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備、整流器、相控調(diào)制變頻器以及現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施、變流器、為節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備、直流拖動設(shè)備、PWM變頻器等； 諧波的危害在電力系統(tǒng)中主要是各種諧波源產(chǎn)生的諧波對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量造成污染，以致整個電力系統(tǒng)的電力環(huán)境包括廣大用戶和電力系統(tǒng)本身。因為其污染影響的距離遠(yuǎn)、范圍大，甚至比工廠對大氣環(huán)境的污染更為嚴(yán)重。第一類是對計算機控制器或系統(tǒng)、繼電保護(hù)器的動作、儀表測量以及視聽設(shè)備的影響，它可能造成設(shè)備的性能惡化或工作失誤，甚至毀壞；第二類是對機電設(shè)備的影響，它可能造成設(shè)備降低出力、減少設(shè)備壽命、甚至損壞等。具體表現(xiàn)為：(1)引起無功補償電容器組的諧振或諧波電流放大，直接導(dǎo)致電容器因過電壓或過負(fù)荷而損壞。(2)使發(fā)電機和電動機產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和噪聲，增加功率損耗和發(fā)熱。(3)當(dāng)發(fā)生諧振或放大時，導(dǎo)致供電網(wǎng)和導(dǎo)線的損耗增加。(4)當(dāng)存在負(fù)荷電流畸變時，電流波形畸變將會影響斷路器斷路容量，特別是在在過零點，可能會造成電流波動變化率過高， 斷路器的開斷將更為困難，這時開斷時間必然會延長，因而延長了故障電流的切除時間，直接造成快速重合閘后的再燃。(5)降低了變壓器負(fù)荷能力，負(fù)荷電流中的諧波流過變壓器時，必然會在變壓器中造成的損耗，引起附加發(fā)熱。(6)諧波可能導(dǎo)致觸發(fā)回路誤觸發(fā)以及晶閘管誤動作等故障。綜上所述，可知諧波的引入將會給各種電力設(shè)備通信設(shè)備帶來有害影響。甚至有可能會造成電力系統(tǒng)事故和設(shè)備損毀。特別是在近年來電力電子設(shè)備迅速增長的同時，給電網(wǎng)引入了不少的諧波，然而目前對它們諧波的影響問題還沒有做出充分的研究。所以此次研究的必要性十分明顯。 國標(biāo)中關(guān)于諧波的規(guī)定國家標(biāo)準(zhǔn)在電能質(zhì)量規(guī)定中對公用電網(wǎng)諧波有如下限制，對公用電網(wǎng)諧波電壓的限值如表21 所示： 電網(wǎng)標(biāo)稱電壓（kV）電壓總諧波畸變率各次諧波電壓含有率（%）奇次偶次%6%10%35%66%110%國家對諧波的測量儀器也有一定的評定標(biāo)準(zhǔn)：(1)必須滿足本標(biāo)準(zhǔn)測量的要求。(2)為了將諧波和暫態(tài)現(xiàn)象區(qū)別開，做如下規(guī)定：對負(fù)荷變化比較快的諧波，測量結(jié)果為3s 內(nèi)所測值的平均值，推薦采用下式計算： （210）式中：3s內(nèi)第k次測得的h次諧波的有效值； m ：3s內(nèi)取均勻間隔的測量次數(shù)，m≥6。(3)諧波測量儀器的允許誤差，應(yīng)該在規(guī)定范圍內(nèi)。(4)由于現(xiàn)場環(huán)境必然會有電磁干擾，因此要求儀器有一定的抗電磁干擾能力。并且儀器必須保證頻率在49Hz―51Hz內(nèi)，電源在標(biāo)稱電壓15%范圍內(nèi)，電壓總諧波畸變率低于8%的條件下能正常工作。 電壓波動和閃變 電壓波動和閃變的定義及簡介電壓閃變是指人眼對由電壓波動所引起的照明異常的視覺感受，它通常是以白熾燈的工況作為判斷依據(jù)，將電壓閃變可分為非周期性和周期性兩種，前者主要是由于隨機性電壓的波動引起的，如電焊機等；后者主要與周期性的電壓波動有關(guān)，如往電弧爐、復(fù)式壓縮機等。這些不平衡的非線性沖擊性負(fù)荷會引起有功和無功功率周期性大幅變化，當(dāng)這些波動電流流過阻抗時必然會引起電壓降落，導(dǎo)致與之連接在一起的電網(wǎng)其他線路電壓發(fā)生波動，這種波動就是電壓波動，其頻率與波動電流的頻率相同。電壓波動通常是指電壓幅值在一定范圍內(nèi)隨機的或有規(guī)律的變動，這個范圍通常定位額定值的90%到110%。電壓波動值的計算方法為：通常用額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示其相對百分值d，即： (211)式中：Umax與Umin為電壓均方根值的兩個極值電壓波動通常會引起電視畫面質(zhì)量變化、使電子儀器測量失常、使電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)速脈動、使白熾燈閃爍等等，以致許多用電設(shè)備不能正常工作。在眾多用電設(shè)備中，白熾燈對電壓波動的敏感度相對較高，而且很常見。因此，選擇人眼對白熾燈亮度閃爍的主觀視感，即“閃變”，作為衡量電壓波動嚴(yán)重程度的評價指標(biāo)。 電壓波動和閃變的測量方法閃變是對燈光閃爍觀測的統(tǒng)計量，因此閃變不僅與波動電壓的幅值、波動電壓的頻率有關(guān)，而且與照明工具的性能、人的視覺有關(guān)。閃變能覺察到的最大頻率范圍為0．0535Hz，其中敏感度最大頻率為8．8Hz。閃變嚴(yán)重程度的判斷一般用長時和短時閃變值和兩個指標(biāo)來判別[4]。實際應(yīng)用時通常用以下5個時段的測定值來計算短時閃變(在10min內(nèi))的平滑估計值。表示短時閃變嚴(yán)重度，計算公式為： (212)式中：、(t)值。N個波動電壓引起的閃變在同一節(jié)點上相互疊加，短時間閃變值可按式（213）計算： (213)式中：m值取決于主要閃變源的工況的重疊可能性以及性質(zhì)短時閃變值只適用于對單一閃變源造成的干擾進(jìn)行評價，對于系統(tǒng)長時間運行并且工作占空比不確定的多閃變源運行的隨機情況，則必須計算長時間閃變值，可由下式計算獲得： (214)式中n為測量長時間閃變值的時間內(nèi)，短時間閃變值出現(xiàn)的個數(shù)。 國標(biāo)中電壓波動與閃變的規(guī)定在《電壓波動和閃變》一文中，對電壓波動和閃變有以下限值，,。在一定時間范圍內(nèi)，對于很少的變動頻度，其電壓變動的限值還可以放寬。然而對于隨機性不規(guī)則電壓波動，依據(jù)95％概率大值進(jìn)行衡量，表中標(biāo)有“*”的值為其限值。本標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓等級按以下劃分，高壓(35kV≤220kV)，中壓(1kV≤35kV)，低壓(≤lkV)。標(biāo)準(zhǔn)中和每次測量周期分別取為2h和10min。 變動頻度r（每小時）電壓波動d（%）低壓、中壓高壓r≤1431r≤10310r≤1002**100r≤10001 系統(tǒng)電壓等級低壓中壓高壓（）（）3. 電能質(zhì)量測量過程中的相關(guān)問題該部分主要對采樣定理、FFT分析諧波和閃變的測量方法進(jìn)行了簡要研究。找到了提高諧波分析精度的方法和措施，減小諧波分析過程中不利因素。針對閃變測量存在的問題，本文提使用IEC提供的數(shù)值化算法，提高了閃變的測量精度。 采樣定理在實際工作中，信號的采樣是通過 A/D 芯片來實現(xiàn)的。信號的采樣定理將連續(xù)信號和離散信號巧妙的鏈接起來，是進(jìn)行離散系統(tǒng)設(shè)計和離散信號處理的基礎(chǔ)。采樣定理(sampling theory)規(guī)定：若連續(xù)信號 x(t)是有限帶寬的，其頻譜的最高頻率為 ，對 x(t)采樣時，若保證采樣頻率 ≥2，那么，可由 x(n)恢復(fù)出 x(t)，即 x(n)保留了x(t)的全部信息。 混疊現(xiàn)象與FFT分析在計算機中處理數(shù)字信號，通常是是通過先對原有電氣信號進(jìn)行采樣，然后再送到計算機。在實際應(yīng)用中，如果將采樣頻率過低，就達(dá)不到采樣定理對頻率的要求，會造成FFT分析時頻譜的混疊；如果將采樣信號的頻率選得過高，單位時間內(nèi)采的樣點數(shù)就會過多，直接造成存儲量增多而導(dǎo)致計算時間過長。例如，假設(shè)一個信號由兩個頻率為 、的正弦波疊加而成，其幅值分別為、采樣頻率如果選為，并且有, =+n，（n 為正整數(shù)），這時，每個采樣點k處都有 (31) 在這種情況下在進(jìn)行 FFT 變換，頻率為的正弦波德幅值就會疊加于頻率為的正弦波幅值上，因而采樣頻率不能正確分辨兩個正弦波的幅值，這就是混疊現(xiàn)象。通常情況下的作傅立葉變換可以求出模擬信號的連續(xù)頻譜，其數(shù)學(xué)方法為DFT(離散傅立葉變換)。但是使用DFT來計算時計算過程復(fù)雜、計算時間比較長，其改進(jìn)算法FFT（快速傅里葉變換）節(jié)省了計算時間和計算量，提高了頻譜分析的時間。減少了計算機內(nèi)存的占用。但是使用常規(guī)的腳本編程來實現(xiàn)FFT，仍然需要較大的編程工作量和較高的編程技巧。美國NI公司開發(fā)的變成軟件LabVIEW，解決了這一難題，它提供了基于FFT算法的多種計算子VI，我們在編程的時候只需要從函數(shù)庫中調(diào)用這些VI就可以實現(xiàn)復(fù)雜的FFT分析，例如：波形VI、ExpressVI,基本函數(shù)VI三個層次的豐富的頻域分析處理函數(shù)。使用這些函數(shù)，可以快捷地進(jìn)行時域到頻域的轉(zhuǎn)換，也可以用來進(jìn)行頻譜,功率譜,相位譜的分析，這些功能的實現(xiàn)為諧波測量系統(tǒng)的構(gòu)建帶來了極大的便利。 閃變測量的數(shù)字化實現(xiàn)方法 閃變的具體測量方法閃變得測量之所以復(fù)雜是因為，閃變不能類似于其他指標(biāo)由定性的公式推導(dǎo)出來，它是人眼對白熾燈照度變化的一種直觀感受，它的測量需要對大量的被測人群感覺的數(shù)字統(tǒng)計和分析來的到一定的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。而且影響閃變的因素眾多，無法一一區(qū)分的研究，智能使用模糊測量的方法，進(jìn)行分析。目前，國際上較多采用的是：IEC（國際電工委員會）和UIE（國際電熱協(xié)會）推薦的統(tǒng)計方法[4]。這里以IEC推薦的為重點，它采用不同幅值、頻率的調(diào)幅波和工頻電壓為載波疊加后向230V、60W 白熾燈供電照明，在對觀察者的視覺感受調(diào)查后進(jìn)行統(tǒng)計分析，可得到被調(diào)查者中難以忍受者和有明顯覺察者的數(shù)量占被調(diào)查者總數(shù)量的比值，即閃變察覺率 F(%)： （32）式中，A 為沒有察覺的人數(shù)，B 為略有察覺的人數(shù)，C 為有明顯察覺的人數(shù)，D為難以忍受的人數(shù)如果測得結(jié)果F(%)超過50%，說明此時燈光的波動對于大多數(shù)人來說是有明顯影響的，如果把 F(%)大于 50%設(shè)定為閃變的限值，那么可以相應(yīng)得到電壓波動在此種試驗條件下的限值。瞬時閃變通常用瞬時閃變值來描述也就是通常所說的瞬時閃變視感度S(t)。S(t)是電壓波動的波形、頻度、大小等作用的綜合結(jié)果，評估衡量閃變時是以其時變曲線為依據(jù)的。通常規(guī)定當(dāng)F=50%時，對應(yīng)的S=1為察覺單位為，換句話說，如果 S1 為閃變不允許值。 電壓波動測量的理論原理電壓波動檢測方法有很多種，例如：有效值檢測法、平方檢測法和整流檢測法等。我們這里