目前，伴隨著新能源發(fā)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(wǎng)中的諧波污染愈加嚴重，諧波組成也日趨復雜。電網(wǎng)中的諧波嚴重影響電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，必須進行有效治理。因此，針對電網(wǎng)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(wǎng)損耗，提高電能質(zhì)量，成為研究電網(wǎng)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(wǎng)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(jié)合和引入自適應噪聲的完全經(jīng)驗模態(tài)分解方法，能夠?qū)哂虚g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(zhì)量的一個重要參數(shù)，對電力系統(tǒng)諧波進行有效檢測并對諧波參數(shù)進行精確計算有助于實現(xiàn)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(tǒng)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(tài)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(jīng)驗模態(tài)分解方法克服模態(tài)混疊效應，且分解結(jié)果不產(chǎn)生過多虛假模態(tài)分量，所提方法實現(xiàn)了對諧波參數(shù)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(jié)果可對原信號進行準確恢復。最后開發(fā)了一套諧波檢測系統(tǒng)，實驗結(jié)果證明了所提方法的準確性及有效性。

1 諧波檢測系統(tǒng)總體方案設計

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

硬件系統(tǒng)主要由電壓和電流傳感器、信號調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡三部分構(gòu)成。電壓和電流傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)諧波電壓和電流信號的高精度測量和采集；信號調(diào)理電路能夠?qū)﹄妷汉碗娏鞑蓸有盘栠M行調(diào)理以滿足數(shù)據(jù)調(diào)理電路和后級電路的需要；數(shù)據(jù)采集卡對傳感器調(diào)理電路的數(shù)據(jù)進行存儲。

圖1 諧波檢測系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)采用如圖2所示的凌華科技生產(chǎn)PCI9813A數(shù)據(jù)采集卡，通過傳感器及信號調(diào)理電路獲取合適的諧波信號后，需通過數(shù)據(jù)采集卡對上述信號進行離散采樣，以便后續(xù)系統(tǒng)分析及處理。

圖2 PCI9813A數(shù)據(jù)采集卡

2 軟件系統(tǒng)主界面

諧波檢測系統(tǒng)基于LabVIEW平臺開發(fā)。將數(shù)據(jù)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(jié)果，并對結(jié)果進行顯示和保存。

電力系統(tǒng)諧波檢測系統(tǒng)的主界面如圖3所示，由波形顯示、諧波檢測及數(shù)據(jù)查詢與保存三個功能區(qū)組成。根據(jù)國家標準，電力系統(tǒng)基波頻率應在50±0.2Hz或者50±0.5Hz范圍內(nèi)，本系統(tǒng)根據(jù)國家標準進行報警設置。

圖3 電力系統(tǒng)諧波檢測系統(tǒng)主界面

本系統(tǒng)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(tǒng)集成諧波檢測與數(shù)據(jù)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(shù)》，論文標題為“基于改進希爾伯特-黃變換的電力系統(tǒng)諧波檢測系統(tǒng)設計”，作者為楊逸帆、趙兵兵 等。