基于自适应神经网络的谐波检测方法

基于自适应算法的电力系统谐波检测分析张振环摘要：谐波污染是一个经久不衰的话题，谐波污染也是长期存在的问题，随着工业中大量非线性负载的投入使用，比如大量的电力电子设备，都严重加大了谐波污染，因此需要认真考虑谐波所带来的问题，而且谐波的进入使得电能质量下降也为各行各业带来一定的困扰。

首先，本文介绍了现有几种较成熟的谐波检测技术，并指出谐波电流检测环节是APF中至关重要的一环。

关键词：自适应算法；电力系统；谐波检测随着社会各行各业的高速发展，尤其是在工业领域类各种非线性负载以及大量的变频电子设备被应用。

而这些设备在工作时都成为了谐波源，无可避免的会产生大量的谐波，这些谐波如果不经过治理就顺势进入电网中，那么谐波所带来的问题势必会对电力系统产生伤害，影响整个电网系统中的电能质量。

而电能质量的好坏直接关系着国民生计。

严重的谐波污染会造成用电事故，严重影响国民生产秩序，将对整个社会产生十分恶劣的影响。

1 自适应滤波基本原理自适应滤波器是将输入信号通过一个可自调整权系数的滤波器，得到一个输入信号经过加权后的输出，并且将系统输出与所期望的信号进行对比，从而产生了误差信号，将误差信号通过自适应算法去修正滤波器权系数，通过多次的迭代使这个误差信号逐渐变小并最终趋于最优值。

这样我们就让滤波器的输出更加逼近于期望信号，从而达到滤波的效果。

x（n）表示的是n时刻的输入信号值，y（n）表示的是n时刻的输出信号值，d（n）为n时刻的期望信号，e（n）为误差信号，其值大小为期望信号与实际输出信号之差。

按照输入量与输出量的关系对滤波器进行划分，大致可以分为两大类，一类为线性自适应滤波器，另一类是非线性自适应滤波器。

其中，非线性自适应滤波器在处理非线性信号时具有更强的能力，但是却大量的增加了计算复杂度，在硬件上实现起来相对比较困难；而线性自适应滤波器因为其结构简单，实施起来相对容易，在程序的编写上也比非线性自适应滤波器更加的简单使其应用范围更加的广泛，因此本文所采用的的滤波器结构为线性滤波器。

电网中电能谐波检测方法分析摘要由于我国电网运行方式快速发展和改进，各种非线性用户设备在电网的使用，使得电能谐波污染越来越复杂和严重，谐波问题也成为了电网运行中的潜在威胁。

本文根据结合吉安电网谐波的实际情况，对谐波的产生和危害分析，提出了几种电网中主要测量检测方法。

关键词电网；电能谐波；测量方法吉安电网谐波测量现状分析随着市、各县大规模工业园的建成，电气化铁路的贯通，吉安电网非线性负荷的大量增加，谐波污染日益严重，因此加强对电网中谐波测试工作对电网的安全稳定运行十分必要。

目前，吉安电网谐波测试工作主要是依据我国现行的谐波标准——《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-1995，通过采用电能质量分析仪来监测线路中的谐波畸变率以及各次谐波含量，该方法是基于傅立叶变换理论和高速DPS技术的结合，实现对所有电能质量参数无缝监测分析的同时，还实现电压骤变、电能质量超标录波、手动录波、开关量跳变录波。

在监测的同时，可对任意时段测量数据进行分析。

结合吉安电网实际情况，在选取监测考核点时，优先选取变电站内大负荷工矿厂专用线路、电铁专用线路及大负荷县公司联网公用线路，对其线路谐波电流及相应母线谐波电压进行检测。

考虑到谐波的波动性和随机性，原则上取95%概率大值进行考核。

分配给用户谐波电流的允许值应保证各级电网公共连接点处谐波电压在限值之内，低压电网电压总谐波畸变率是确定中压和高压电网电压总谐波畸变率的基础，国标中定为5%。

这个标准主要基于交流电机、电力电容器等在谐波作用下的等效发热和绝缘老化研究，并考虑电子计算机、固态继电保护及自动控制装置等对电源波形谐波含量的要求而确定。

用户谐波电流的限制则涉及诸多因素，谐波电压限值、不同电压等级谐波的渗透关系、用户相对大小（即协议用电容量占供电容量的比例）等各方面。

值得指出的是，目前测试工作只针对整数次谐波进行分析和考核，实际电网中还存在间谐波（即非整数次谐波），这种谐波广泛存在于波动负荷（特别是电弧类负荷）和变频调速设备中，测量和分析间谐波还处于进一步研究阶段，对间谐波的考核和限制规定还有待不断修正和完善。

基于FFT的电网谐波检测方法的研究1. 本文概述随着现代工业和科技的发展，电网的稳定性和电能质量越来越受到重视。

电网中的谐波污染问题，已成为电力系统运行和电能质量控制的重要课题。

快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）作为一种高效、精确的信号处理技术，已在电网谐波检测领域得到了广泛应用。

本文旨在研究基于FFT的电网谐波检测方法，以期为电力系统的稳定运行和电能质量的提升提供理论支持和技术参考。

本文首先对电网谐波产生的原因、危害及检测的必要性进行概述，明确研究的背景和意义。

随后，详细介绍FFT算法的基本原理及其在谐波检测中的应用，包括算法流程、计算精度和效率等关键问题。

在此基础上，本文将探讨不同类型的FFT算法及其在谐波检测中的适用性，如离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）及其改进算法等。

本文还将重点关注基于FFT的谐波检测技术在电网中的应用实例，分析其在实际检测中的性能表现和存在的问题。

通过对比不同方法的优缺点，本文将探讨如何优化FFT算法以提高谐波检测的准确性和实时性。

本文还将探讨现代智能算法在电网谐波检测中的应用前景，如神经网络、模糊逻辑等。

本文将总结基于FFT的电网谐波检测技术的最新研究进展，并对未来研究方向提出展望。

通过本文的研究，我们期望能为电力系统中的谐波检测提供新的理论视角和技术手段，为保障电网安全稳定运行和提升电能质量做出贡献。

2. 谐波检测的重要性与挑战随着现代工业与科技的发展，电网中非线性负载的使用日益广泛，如整流器、变频器、电弧炉等。

这些设备在运行过程中会产生大量的谐波电流，对电网造成污染，影响电能质量。

谐波不仅会增加电网的线路损耗，降低设备效率，还可能引发谐振，对电网造成危害。

准确、快速地检测电网中的谐波成分，对于维护电网的稳定运行、提高电能质量、保障设备的正常运行具有重要意义。

谐波检测面临着诸多挑战。

电网中的谐波成分复杂多变，且可能同时存在多种频率的谐波，这使得谐波检测需要具备高灵敏度和高分辨率。

电力系统谐波的危害及测量方法随着电力电子技术的发展及其广泛应用，电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全运行构成的潜在威胁日趋严重，谐波污染已被认为是电网的一大公害，引起世界各国的高度重视，它涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、理论电工等领域。

其中谐波测量是谐波问题中的一个重要分支。

本文根据国内外有关资料，对各种谐波测量方法进行了综述。

根据测量原理的不同，谐波测量方法可以分成以下几类：基于傅立叶变换理论、基于瞬时无功功率理论、基于神经网络理论和基于小波变换理论。

1.谐波的危害谐波是电网的一大公害，因此对电力系统谐波问题的研究越来越引起人们的重视。

1.1对供配电线路的危害(1)影响线路的稳定运行。

供配电系统中的电力线路与电力变压器，一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。

但对于电磁式继电器与感应式继电器，谐波含量高时，易使继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。

晶体管断电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。

因此，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。

(2)影响电网的质量。

电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。

如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40%;三相配电线路中，相线上3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。

另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。

1.2对电力设备的危害(1)对电容器的危害。

当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器保护测控装置损耗功率增加。

对于膜纸复合介质电容器，允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍;对于全膜电容器，允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍。

电力系统谐波测量方法综述引言：20世纪70年代以来，随着电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波污染状况及危害程度呈急剧上升趋势。

由于电力电子装置所产生的谐波污染问题是阻碍电力电子技术发展的重大障碍，无法回避,且谐波污染对电力系统存在严重的危害，准确地掌握电网中的谐波成分对于电力系统的安全、经济运行具有重要的意义。

谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，也是研究分析谐波问题的出发点和主要依据。

谐波测量的主要作用有：(1)鉴定实际电力系统及谐波源用户的谐波水平是否符合标准的规定，包括对所有谐波源用户的设备投运时的测量。

(2)电气设备调试、投运时的谐波测量，以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经济运行。

(3)谐波故障或异常原因的测量。

(4)谐波专题测试，如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。

现有的谐波分析方法主要有快速傅立叶变换，p、q分解法以及基于瞬时无功功率理论的虚实功率合成法，小波、人工神经网络以及支持向量机等方法，本文分析了个方法的优缺点并在其基础上作了验证。

1、采用模拟带通或带阻滤波器测量谐波图1采用模拟滤波器谐波测量结构图输入信号经放大后送入一组并行联结的带通滤波器，滤波器的中心频率f1、f2、⋯、fn 是固定的，为工频的整数倍，且f1< f2<⋯<fn (其中n 是谐波的最高次数)，然后送至多路显示器显示被测量量中所含谐波成分及其幅值。

采用模拟滤波器谐波测量优点是电路结构简单，造价低。

但该方法也有许多缺点，如滤波器的中心频率对元件参数十分敏感，受外界环境影响较大，难以获得理想的幅频和相频特性，当电网频率发生波动时，不仅影响检测精度，而且检测出的谐波电流中含有较多的基波分量。

2、基于傅立叶变换的谐波测量基于傅立叶变换的谐波测量是当今应用最多也是最广泛的一种方法。

它由离散傅立叶变换过渡到快速傅立叶变换的基本原理构成。

使用此方法测量谐波，精度较高，功能较多，使用方便。

谐波检测方法谐波检测是谐波问题中的一个重要分支，对抑制谐波有着重要的指导作用，对谐波的分析和测量是电力系统分析和控制中的一项重要工作，也是对继电保护、判断故障点和故障类型等工作的重要前提。

准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流、电压，是众多国内外学者致力研究的目标。

常规的谐波测量方法主要有三种：模拟带通或带阻滤波器的谐波测量；基于傅里叶变换的谐波测量；基于瞬时无功功率的谐波测量。

一、模拟滤波器：最早的谐波检测方法是采用模拟滤波器来实现的。

输入信号经放大后送入一组带通滤波器，滤波器的中心频率f1、f2、…fn是固定的，为工频的整数倍，且f1〈f2…〈fn，然后送多路显示器中显示测量信号中所含谐波成分及其幅值。

该方法的实现电路简单，造价低，输出阻抗低，品质因数易于控制。

但是电路较难设计，误差大，对电网频率波动和电路元件参数很敏感，使得检测出的谐波中含有较多的基波分量，运行损耗大。

二、快速傅立叶变换：随着计算机和微电子技术的发展，开始采用傅立叶分析的方法来检测谐波和无功电流,有离散傅立叶变换（DFT）和快速傅立叶变换（FFT）两种。

这种方法根据采集到的一个电源周期的电流值进行计算，最终得出所需的谐波和无功电流，它可以精确地分析和检测整数次谐波，目前应用比较广泛，技术也相当成熟。

但由于傅立叶变换要进行两次变换，计算量大，计算时间长，所以检测时间比较长。

三、瞬时无功功率理论：1983年日本学者赤木泰文提出的瞬时无功功率理论，即ｐ－ｑ理论解决了谐波和无功功率的瞬时检测和不用储能元件就能实现抑制谐波和无功补偿等问题，从而使得电力有源滤波理论由实验室的理论研究走向工作应用。

根据该理论，可以得到瞬时有功功率ｐ和瞬时无功功率ｑ，ｐ和ｑ中都含有直流分量和交流分量。

由此可得被检测电流的基波分量，将基波分量与总电流相减即得相应的谐波电流。

因为该方法忽略了零序分量，对于不对称系统，瞬时无功的平均分量不等于三相的平均无功。

电力系统谐波和间谐波检测方法综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展和广泛应用，电力系统中的谐波和间谐波问题日益严重，对电力系统的安全、稳定、经济运行构成了严重威胁。

因此，研究和发展有效的谐波和间谐波检测方法，对于提高电力系统的供电质量、保护电力设备和促进节能减排具有重要意义。

本文旨在对电力系统谐波和间谐波的检测方法进行全面的综述，分析各种方法的原理、特点、适用范围以及优缺点，以期为谐波和间谐波检测技术的发展和应用提供参考。

本文首先介绍了谐波和间谐波的基本概念、产生原因及其对电力系统的影响，为后续检测方法的研究提供了理论基础。

接着，详细阐述了传统的谐波和间谐波检测方法，如傅里叶变换、小波变换等，并分析了它们的优缺点和适用范围。

然后，介绍了近年来新兴的基于的谐波和间谐波检测方法，如深度学习、神经网络等，并探讨了它们在谐波和间谐波检测领域的应用前景。

对谐波和间谐波检测技术的发展趋势进行了展望，提出了未来研究的重点和方向。

本文期望通过对谐波和间谐波检测方法的综述，为相关领域的研究人员和技术人员提供一个全面、系统的参考，促进谐波和间谐波检测技术的不断创新和发展，为电力系统的安全、稳定、经济运行提供有力保障。

二、谐波和间谐波检测方法的分类电力系统中的谐波和间谐波检测是确保电力质量、保护设备和提高能源效率的关键环节。

针对这一目标，谐波和间谐波的检测方法主要可以分为两类：基于傅里叶变换的方法和现代信号处理方法。

基于傅里叶变换的方法是最常见的谐波和间谐波检测方法。

这类方法主要包括快速傅里叶变换（FFT）和离散傅里叶变换（DFT）。

FFT 是DFT的快速算法，能够在短时间内对信号进行频谱分析，从而准确地检测出谐波和间谐波的成分。

这类方法的主要优点是计算速度快，精度高，适用于稳态和准稳态信号的谐波分析。

然而，对于非稳态信号，FFT的检测结果可能会受到频谱泄漏和栅栏效应的影响。

现代信号处理方法则提供了更多的选择，以适应复杂多变的电力系统环境。