复杂电力谐波在线分析关键技术研究

With the technology of power electronic drives widely applied, the harmonics, subharmonics and interharmonics becomes more and more critical pollution in the power system. The high power wind generator connection, arc furnace and other large number of impact loads add to the complexity of the harmonic components. And they are the main problems which are impacting the power quality. The accurate estimation of complex power harmonic parameters can be beneficial to taking effective treatment measures and making power quality better. However, there are not any systematic analysis method and domestic mature devices of online analysis of complex power harmonic used for online monitoring and analysis. The purpose of this project is further studying new FFT discrete spectrum correcting algorithm on the basis of previous studies. And this algorithm has the characteristics of higher accuracy, less computation time, stronger noise resisting ability and higher reliability. There are two key technologies which need to be solved in researching on online analysis of complex power harmonics: reliability judgment of the amplitude spectrum peak, analysis and correction of short frequency interval harmonics. The results of this project can provide theoretical basis and technical support for developing the online analysis devices of complex power harmonic. On the basis of this, this project will also develop the online analysis prototype of complex power harmonics, through prototype testing to verify the accuracy of theoretical research results.

电力电子传动技术的广泛使用，使电力系统谐波、次谐波、间谐波的污染日益严重，大容量风电的接入、电弧炉等大量冲击性负荷更增加了电力谐波成分的复杂性，它们已成为影响电能质量的主要问题。对复杂电力谐波参数的高精度估计将有利于电能质量的评估并采取相应的必要治理措施。然而，尚未见对复杂电力谐波在线的系统分析方法和国产成熟设备用于电网在线监测和分析。本项目将针对电力谐波的特征，在前人研究的基础上，进一步研究精度更高、计算耗时量更少、抗噪声能力强、可信度更高的FFT离散频谱校正算法。重点研究复杂电力谐波在线分析必须解决的两个关键技术：幅值谱峰值可信度的判断、短频率间隔谐波的分析与校正及对频谱分析的可信度和精度的影响。本项目的研究成果能为复杂电力谐波在线分析设备的研制提供理论依据和技术支持。在此基础上，本项目还将研制复杂电力谐波在线分析样机，通过样机试验验证研究理论成果的准确性。

经过三年的研究，项目已完成申请时的全部要求，理论和工程实践方面均取得了较大进展。. （1）进一步研究FFT离散频谱的校正方法，并提出了一种新的谐波幅值求解方法。具体流程为首先对稳态谐波信号进行离散化，然后对离散化后的信号进行加窗截断，得到加窗信号的频谱，得到加权形式的幅值表达式。求解幅值关于频率偏差的微分值的最小值，获得最优权值。在有干扰分量情况下，首先采用传统比值法求解频率偏差，根据最优权值和频率偏差建立优化问题，最终求解出幅值。该方法已申请发明专利，并已获得受理。. （2）本项目还提出了一种新的谱峰值可信度方法。进行谱峰可信度判断能很好的满足谱峰可信度的性质，较准确的判断出了谱峰受泄露影响的程度。该方法已申请发明专利，并已获得受理。. （3）本项目还研究了通过将求谐波参数问题转化为求解含约束条件的非线性规划问题进行分析，成功得到所要分析的谐波幅值和相角。. （4）同时，对常见电力电子元器件和补偿装置的控制策略进行了研究，提出了新的控制方法，可有效减少谐波污染。. 最后研制了两台复杂谐波在线分析仪，实现了所提算法，并能对采样数据进行分析，给出正确的分析结论。这对分析同时含有谐波间谐波信号的电力系统谐波具有重大意义，后期可将其安装在变电站进行长时间挂网测试，对电力系统谐波进行有效监测和评估，并对后续的谐波溯源的研究提供有力的理论和数据支持。发表了EI检索及SCI检索文章多篇，专利授权及申请多项（包括项目主持人为第二发明人的授权专利和项目主持人为第一发明人的受理专利）。