目前，伴隨著新能源發電的饋入及負荷的增加，大量非線性、沖擊性負載被投入運行，導致電網中的諧波污染愈加嚴重，諧波組成也日趨復雜。電網中的諧波嚴重影響電力系統的安全經濟運行，必須進行有效治理。因此，針對電網諧波所帶來的影響，如何快速準確地檢測諧波信號，降低電網損耗，提高電能質量，成為研究電網諧波的重點。

航天建筑設計研究院有限公司、寶雞石油機械有限責任公司等單位的研究人員，針對電網諧波檢測問題，在基于希爾伯特-黃變換的諧波檢測方法基礎上，提出將波形匹配方法與鏡像延拓方法相結合和引入自適應噪聲的完全經驗模態分解方法，能夠對具有間斷點的諧波信號、含高次諧波衰減、突變諧波信號進行有效跟蹤與檢測。

諧波水平是反映電能質量的一個重要參數，對電力系統諧波進行有效檢測并對諧波參數進行精確計算有助于實現諧波的準確分析及有效抑制，具有重要的理論意義及工程應用價值。針對傳統希爾伯特-黃變換采用EMD理論對諧波信號進行處理時的端點效應及模態混疊效應的問題，研究人員提出了一種改進希爾伯特-黃變換方法，該方法通過改進鏡像延拓方法抑制端點效應，減小分解誤差；基于自適應噪聲完全經驗模態分解方法克服模態混疊效應，且分解結果不產生過多虛假模態分量，所提方法實現了對諧波參數的有效檢測。

該方法可對具有間斷點的諧波信號、含高次諧波衰減、突變諧波信號進行靈敏、準確檢測。研究人員采用本方法對實測信號進行諧波檢測，基于檢測結果可對原信號進行準確恢復。最后開發了一套諧波檢測系統，實驗結果證明了所提方法的準確性及有效性。

1 諧波檢測系統總體方案設計

基于改進希爾伯特-黃變換的諧波檢測系統總體方案如圖1所示，系統主要包括硬件系統和軟件系統兩部分。

硬件系統主要由電壓和電流傳感器、信號調理電路及數據采集卡三部分構成。電壓和電流傳感器能夠實現諧波電壓和電流信號的高精度測量和采集；信號調理電路能夠對電壓和電流采樣信號進行調理以滿足數據調理電路和后級電路的需要；數據采集卡對傳感器調理電路的數據進行存儲。

圖1 諧波檢測系統總體方案

本系統采用如圖2所示的凌華科技生產PCI9813A數據采集卡，通過傳感器及信號調理電路獲取合適的諧波信號后，需通過數據采集卡對上述信號進行離散采樣，以便后續系統分析及處理。

圖2 PCI9813A數據采集卡

2 軟件系統主界面

諧波檢測系統基于LabVIEW平臺開發。將數據采集卡得到的電壓和電流信號進行自適應處理分析，顯示分析后的諧波檢測結果，并對結果進行顯示和保存。

電力系統諧波檢測系統的主界面如圖3所示，由波形顯示、諧波檢測及數據查詢與保存三個功能區組成。根據國家標準，電力系統基波頻率應在50±0.2Hz或者50±0.5Hz范圍內，本系統根據國家標準進行報警設置。

圖3 電力系統諧波檢測系統主界面

本系統可對實時的三相電壓信號和電流信號進行采集，同時軟件采用本文提出的改進希爾伯特-黃變換方法進行諧波信號提取，并計算實時的基波頻率。

圖4 諧波檢測與分析界面

諧波檢測與分析界面如圖4所示，軟件系統集成諧波檢測與數據分析模塊，該模塊中采用本文提出的改進希爾伯特-黃變換方法。通過該方法對信號采集卡儲存的電壓和電流信號進行分析和處理得到各次諧波的幅值、相位和頻率等信息，并進行顯示。

本文編自2022年第5期《電氣技術》，論文標題為“基于改進希爾伯特-黃變換的電力系統諧波檢測系統設計”，作者為楊逸帆、趙兵兵 等。