船舶電力系統中的諧波檢測方法綜述

摘 要：船舶電力系統是一個獨立的、小型的完整電力系統，由于整流型，沖擊性等非線性負荷的存在，所以對比陸地大電網，船舶電力系統有著更加嚴重的電能質量問題，而其中最主要的問題就是諧波，諧波會使船舶電網供電質量指標嚴重下降，同時使得電網各個部件運行情況惡化。所以如何更快速更準確的測量出系統中的諧波與簡諧波，成為了全世界的焦點。文章主要介紹了目前流行的諧波檢測方法，并詳細論述了各種檢測方法上的優勢與不足，以便在檢測過程中選擇更加恰當的方法。

關鍵詞：船舶電力系統；諧波；檢測方法

1 概述

船舶電力系統是一個獨立的系統，隨著電力技術的飛速發展以及科技的進步，船舶電力系統已經從早期的單一照明供電，逐漸發展成現代的船舶電力。然而，正是由于大量半導變流器的普遍投入使用，以及電力技術的應用，這使得船舶電力系統中的諧波污染日益嚴重[1]。

諧波會造成電動機的電機和變壓器的附加損耗，并且產生噪聲、過熱現象、諧波過電壓以及機械振動，甚至會損壞變壓器與電機。同時諧波會引起，電流變化率電壓變化率過高或產生過熱效應，控制系統誤差，會給換流裝置帶來影響、并且引起晶閘管故障[2]。高次諧波也會對線路以及通訊設備帶來干擾，從而產生電力測量儀表中的誤差。

而諧波問題涉及面很廣，其中包括畸變波形、諧波抑制的分析方法、諧波潮流計算、電網諧波潮流計算、諧波測量、諧波源分析以及諧波限制標準等[2]。諧波檢測是諧波問題的一個重要分支，也是研究諧波問題的基礎與出發點。

2 基于傅里葉變換的諧波檢測算法

雖然加窗插值法能夠減小一定的誤差，但為了檢測出信號中所有的間諧波和諧波分量，窗寬在大多數情況下可能會高達幾十個信號周期，并且容易受噪聲干擾，這對實時檢測是不利的。

3 基于小波變換的諧波檢測方法

小波變換是將信號與一個時域和頻域均具有局部化性質的平移伸縮小波基函數進行卷積，將信號分解成位于不同頻帶時段上的各個成分。小波變換是在工程應用中最重要的是最優小波選擇，目前主要是通過小波分析處理信號的結果與結論的誤差來判定小波的好壞，并由此選擇小波基。

特殊地，取a0=2，b0=1，可以得到二進小波（Dyadic Wavelet），相應的變換為二進小波變換。盡管目前小波變換法在諧波檢測中廣泛應用，但是由于小波變換所含信息量較大，不容易硬件實現，同時對噪聲較為敏感，所以小波算法在電力系統諧波、簡諧波中的應用仍然需要更進一步的研究。

4 各類諧波檢測算法比較與分析

從信號求解的分辨率、穩定性、可靠性、和實時性考慮加窗DFT、小波變換和HHT法應用于船舶電力系統諧波檢測時各有優缺點。

（1）DFT算法穩定、實用、有效，采用FFT算法可以提高算法的實時性；但其缺點也是十分明顯的的，如算法運算所需時間長，計算量也較大，且需進行2次變換，檢測結果也不具有較好的實時性等等。而且在非同步采樣情況下使用這種方法分析計算時，會產生頻譜混疊、頻譜泄漏和柵欄效應等問題。（2）小波分析法是近些年較為常用的一種暫態分析算法，同時也是一種頻域特性和時域特性的局部變換，因此很多FFT變換不能處理的問題它都能夠處理，比如FFT變換無法檢測函數和信號的頻域特性的問題。但是小波變換法不能像FFT那樣得到各次諧波頻譜的準確數值信息，從而對于穩態信號的檢測小波變換法并不適用。

參考文獻

[1]施偉峰，許曉彥.船舶電力系統建模與控制[M].電子工業出版社，2012：170-174.

[2]武福愿.船舶電力推進系統諧波控制方法研究[D].武漢理工大學，2009.

[3]王兆安，楊君，劉進軍.諧波抑制和無功功率補償[M].機械工業出版社，2005.

[4]杜智慧.電力推進船舶電網的諧波抑制[J].廣東造船，2015.

[5]周雪峰.基于FFT算法的電網諧波檢測方法[J].工礦自動化，2012.

[6]張德豐.MATLAB小波分析[M].機械工業出版社，2012：32-75.

作者簡介：秦瑞陽（1992-），男，漢族，江蘇，碩士研究生，上海海事大學，電氣工程及其自動化。