电能质量分析仪谐波测量频谱分析长度检测研究

电能质量分析仪谐波测量频谱分析长度检测研究

刘伟星

广东省惠州市质量计量监督检测所，广东 惠州 516000

摘要：随着科学技术发展，我国电力系统的科学性逐渐提升，内部逐渐产生了大量的非线性元件，在这一背景下，谐波问题逐渐凸显，对我国电力系统运行造成了十分严重的消极影响，谐波检测工作开始受到了相关领域学者的广泛关注。本文通过对相关文献进行查阅，首先对电能质量、谐波测量标准相关理论的基本内容进行了简要阐述，结合相关算法内容，提出了频谱分析长度检测方法，并对实验结果进行了综合研究与分析，结合Fluke1760设备进行了进一步的案例分析与研究。希望本文的研究内容能够为谐波检测工作质量提升提供一定理论支持。

关键词：电能质量分析仪；谐波测量；频谱分析长度检测

前言：在当前时代背景下，我国科学技术发展迅猛，非线性元件在电力系统中的应用越来越多，造成电力系统的负载不再以线性方式消耗电流，在这一背景下，电力系统在运行过程中很容易出现质量问题，其中，谐波问题是最为常见的，也很容易对实践活动造成严重影响。因此，对这一问题进行深入研究具有十分重要的价值与意义。

1.相关理论概述

1.1电能质量

电能质量是电能质量分析仪的检测内容，从概念角度讲，电能质量是电力领域的一项重要指标，也是衡量电力企业基于公用电网为电能用户端提供的交流电能的品质特性，其主要内容包括频率、正弦波形等内容。在理论上，电能质量指标应当是恒定的标准电压，但是在实践中，谐波源、冲击负荷等内容冲击电网是比较常见的。电能质量主要与以下几个名词存在较强的关联关系：（1）电压质量。指的是实际电压、预期电压之间的偏差，该数值合格与否能够代表输送电能电压方面的情况。（2）电流质量。指的是输送电流的变化情况。（3）供电质量。表示电压质量、供电可靠性，能够从客户投诉的反应速度中侧面测算[1]。

电能质量仪测量的具体指标是电压、频率、谐波、闪变、三相不平衡度等参数，其中，谐波电压的质量最为重要，电能质量分析仪对谐波进行测量的方法为典型的快速傅里叶变换，该算法存在栅栏效应、频谱泄漏现象，在实践中会对测量造成一定影响。针对这种情况，一般的解决方法为提高频谱分辨率、非矩形窗函数加权，但是这种操作又会带来新的问题。综合上述内容，采取新的方式，进行检测仪器谐波测量频谱分析长度是非常必要的。

1.2谐波测量标准

谐波检测标准应当基于国家的相关标准进行制定，在当前技术背景下，新设计的谐波测量仪器主要采用离散傅里叶变换发挥其基本功效，本文主要对这种架构进行考量。在仪器检测实践中，分别输出傅里叶变换系数与谐波子组含量值，同时还需要进行平滑、综合检查的后续处理部分。在检测实践中，所依靠的技术原理包括DFT原理、分组算法原理、加窗算法原理[2]。

2.频谱分析长度检测方法

根据上述内容可知，符合标准的仪器谐波测量能够分辨F整数倍频率点的谐波分量，同时，非整数倍频率无法进行正确分辨，在实践中可能出现频谱泄露情况，影响整体工作质量。当采用矩形窗加权时，，在50Hz系统中，检测频谱分析长度是否为10个周波，就可以对频谱分辨率进行检测，确定其是否为5Hz，汉宁窗加权，，需要检测是否采用加窗算法。

在实际工作情境中，分组算法很容易对检测结果判断造成影响，因此，需要设定整套的检测方案，其目的在于检测是否需要采用分组算法，具体内容如下：（1）检测仪器谐波测量准确度，将误差设置为q。（2）检测仪器分辨率，确定其是否为标准数值，即5Hz。（3）根据分辨率的检测结果，分析被检测电能质量分析仪是否采用分组算法。（4）如果检测结果为标准数值，这应当分为分组、不分组两种情况对仪器是否采用汉宁窗加权算法进行检测与分析[3]。

首先，需要进行分辨率检测以及分组算法检测工作。综合上述内容，笔者需要对检测信号进行设定，具体公式内容为：在上述公式中，设置的具体数值为5Hz，如果频谱分辨率不是5Hz，在实际应用中，就会产生频谱成分泄露情况，影响谐波测量的准确性。但是对h次谐波输出值的量化应当具有较强的复杂性，需要结合信号频率、幅值、频谱分辨率进行综合测量，在实际操作中，可以引进Matlab对实际工作情况进行仿真处理[4]。

其次，需要进行加窗检测工作，其中，被检仪器已检定频率已经确定，设置为该频率的非整数倍，在这一背景下，将会产生比较明显的频谱泄露情况，在此时，进行加窗能够在一定程度上降低泄露现象，因此，可以会根据不同窗加权测量结果比较实现检定目标。在实际操作中，可以结合公式计算、Matlab反震得到谐波含量值以及关系曲线，并分别对分组、不分组的情况进行分析。

3.实验结果及其分析

3.1实验室检测

首先，应当对频率分辨率进行检测，具体方法应当按照上述内容进行检测，对信号进行设置，。随后，读取待检测仪器三次谐波测量值，当结果为0%±q时，则检定仪器为5Hz，不分组；当结果为4%±q时，则检定仪器为5Hz，分组；当结果为其他时，则检定仪器不符合相关要求。

在经过检测之后，应当对仪器谐波测量是否采用矩形窗加权算法，检测信号设置方法应当根据分组、不分组两种情况进行区分，并对其结果进行评估，具体思路为：（1）检测仪器分组时，应当如此进行检测信号设置，。随后，应当读取3次测量值，当数值为2%±q时，则判断为汉宁窗加权，当数值为其他时，则判断为矩形加权；（2）检测仪器不分组时，应当如此进行检测信号设置，。随后，应当读取3次测量值，当数值为2%±q时，则判断为汉宁窗加权，当数值为其他时，则判断为矩形加权[5]。

3.2检测结果分析

结合上述检测思路，笔者对几种质量检测仪器进行检测。

检测条件为：温度20℃-25℃；湿度≤80%；时间为24h。

笔者对Fluke1760的谐波检测结果进行分析，其结果为：（1）谐波次数1、分组理论值100、不分组理论值100、测量值100.03；（2）谐波次数2、分组理论值0、不分组理论值0、测量值0.00；（3）谐波次数3、分组理论值4、不分组理论值0、测量值4.00；（4）谐波次数4、分组理论值0、不分组理论值0、测量值0.00。

根据该内容可知，该Fluke1760设备为5Hz分辨率，谐波子组输出，因此，需要进行进一步的仪器谐波检测，经过检测可知，Fluke1760采用矩形窗函数加权方法，由此可以进一步推断，Fluke1760的频谱分析长度为10周波，能够满足国家规定的相关标准要求。

结论：纵观全文，在当前技术背景下，对电力系统进行谐波检测具有一定的现实意义，本文从这一角度出发，提出了一种电能质量分析仪谐波测量频谱分析长度的检测办法，在研究过程中，笔者充分结合了谐波分析原理以及仪器在检测过程中的可能情况，制定了相对比较完善的检测步骤，同时，在方法应用中，排除了分组算法、加窗算法，通过检测频率分辨率方法实现预定目标。最后，笔者进行了仿真模拟，在一定程度上确定了该方法在实践中的可行性，相关单位可以以本文的研究内容为参考，充分结合自身实际情况，采取适当方法进行电能质量分析仪谐波测量频谱分析长度的检测，相信能够提升电力系统谐波测量数据的可靠性。

参考文献：

[1]程冲.地铁110 kV主变电站电能质量谐波超标原因分析[J].设备监理,2022(06):83-87.

[2]任军军,征汶,陈忠军,秦大为.电能质量分析仪的原理及在路灯施工中的应用[J].灯与照明,2021,45(02):15-17.

[3]陈西亚. 基于LabVIEW和Matlab的电能质量分析仪的设计研究[D].华中科技大学,2021.

[4]陆梦龙. 基于电子式互感器的电能质量分析仪软件设计[D].中国矿业大学,2020.

[5]代亚杰. 基于傅里叶变换和小波变换的电能质量谐波检测及扰动分析[D].中北大学,2020.