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常用的谐波和基波无功分量的检测方法

 谐波治理和无功补偿装置而言,实现对谐波和基波无功分量快速而准确的检测是十分重要的,这将在很大程度上决定该类装置的工作性能。最早的检测方法是通过模拟电路实现的,随着电子技术和计算机的发展,谐波和基波无功分量的检测已被数字检测方法所替代。

采用模拟电路来获取谐波和基波无功的优点是实现简单,其缺点是由模拟滤波器引起的相位和幅值误差都比较大,而且高精度的模拟滤波器很难设计,对电网频率波动和电路元件参数十分敏感,因而已极少采用。

采用数字技术能够很好地克服模拟电路检测技术固有的缺点,因此得到越来越广泛的应用。目前,常用的谐波和基波无功分量的检测方法有:

(1)传统的傅立叶和FFT算法。采用快速傅立叶变换,从变换后的电流信号中除去基波分量,再对余下分量进行反变换,即可得到谐波电流的时域信号。这种方法的主要缺点是需要严格的同步采样,否则会产生频谱泄漏,引起较大的误差,在这种方法中,整个分析周期里各次谐波的幅值和初始相位角都被认为是不变的,因此如果电网谐波在该周期里有较大的波动,则会引起较大的检测误差。另外这种分析方法的延时太长,为了计算傅立叶级数,需要至少一个电网周期的历史数据,因此只适合于变化缓慢的负载。

(2)改进的傅立叶级数法。其理论依据是通过傅立叶变换计算电流基波分量,从负载电流中减去基波分量。具体做法是:通过修改主傅立叶级数方程,得到一个具有滑动窗口的回归方程,采用两个不同的循环序列来存储每个采样子周期计算的正、余弦系数,新值覆盖老值,正、余弦部分的总和也被连续更新。这种计算方法计算时间短,可用于单相系统也可用于三相系统,用于单相系统时更快。

(3)乘正弦信号法。在这种方法中,电流信号乘以一个频率等于基波频率的正弦信号,并对乘积进行积分,然后采用低通滤波器滤除积分结果中所有的高次谐波。这种方法延时大(通常大于一个完整的电网周期),和傅立叶分析法相似,只适合于变化缓慢的负载。


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