船舶电力系统中的谐波检测方法综述

摘 要：船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，由于整流型，冲击性等非线性负荷的存在，所以对比陆地大电网，船舶电力系统有着更加严重的电能质量问题，而其中最主要的问题就是谐波，谐波会使船舶电网供电质量指标严重下降，同时使得电网各个部件运行情况恶化。所以如何更快速更准确的测量出系统中的谐波与简谐波，成为了全世界的焦点。文章主要介绍了目前流行的谐波检测方法，并详细论述了各种检测方法上的优势与不足，以便在检测过程中选择更加恰当的方法。

关键词：船舶电力系统；谐波；检测方法

1 概述

船舶电力系统是一个独立的系统，随着电力技术的飞速发展以及科技的进步，船舶电力系统已经从早期的单一照明供电，逐渐发展成现代的船舶电力。然而，正是由于大量半导变流器的普遍投入使用，以及电力技术的应用，这使得船舶电力系统中的谐波污染日益严重[1]。

谐波会造成电动机的电机和变压器的附加损耗，并且产生噪声、过热现象、谐波过电压以及机械振动，甚至会损坏变压器与电机。同时谐波会引起，电流变化率电压变化率过高或产生过热效应，控制系统误差，会给换流装置带来影响、并且引起晶闸管故障[2]。高次谐波也会对线路以及通讯设备带来干扰，从而产生电力测量仪表中的误差。

而谐波问题涉及面很广，其中包括畸变波形、谐波抑制的分析方法、谐波潮流计算、电网谐波潮流计算、谐波测量、谐波源分析以及谐波限制标准等[2]。谐波检测是谐波问题的一个重要分支，也是研究谐波问题的基础与出发点。

2 基于傅里叶变换的谐波检测算法

虽然加窗插值法能够减小一定的误差，但为了检测出信号中所有的间谐波和谐波分量，窗宽在大多数情况下可能会高达几十个信号周期，并且容易受噪声干扰，这对实时检测是不利的。

3 基于小波变换的谐波检测方法

小波变换是将信号与一个时域和频域均具有局部化性质的平移伸缩小波基函数进行卷积，将信号分解成位于不同频带时段上的各个成分。小波变换是在工程应用中最重要的是最优小波选择，目前主要是通过小波分析处理信号的结果与结论的误差来判定小波的好坏，并由此选择小波基。

特殊地，取a0=2，b0=1，可以得到二进小波（Dyadic Wavelet），相应的变换为二进小波变换。尽管目前小波变换法在谐波检测中广泛应用，但是由于小波变换所含信息量较大，不容易硬件实现，同时对噪声较为敏感，所以小波算法在电力系统谐波、简谐波中的应用仍然需要更进一步的研究。

4 各类谐波检测算法比较与分析

从信号求解的分辨率、稳定性、可靠性、和实时性考虑加窗DFT、小波变换和HHT法应用于船舶电力系统谐波检测时各有优缺点。

（1）DFT算法稳定、实用、有效，采用FFT算法可以提高算法的实时性；但其缺点也是十分明显的的，如算法运算所需时间长，计算量也较大，且需进行2次变换，检测结果也不具有较好的实时性等等。而且在非同步采样情况下使用这种方法分析计算时，会产生频谱混叠、频谱泄漏和栅栏效应等问题。（2）小波分析法是近些年较为常用的一种暂态分析算法，同时也是一种频域特性和时域特性的局部变换，因此很多FFT变换不能处理的问题它都能够处理，比如FFT变换无法检测函数和信号的频域特性的问题。但是小波变换法不能像FFT那样得到各次谐波频谱的准确数值信息，从而对于稳态信号的检测小波变换法并不适用。

参考文献

[1]施伟峰，许晓彦.船舶电力系统建模与控制[M].电子工业出版社，2012：170-174.

[2]武福愿.船舶电力推进系统谐波控制方法研究[D].武汉理工大学，2009.

[3]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版社，2005.

[4]杜智慧.电力推进船舶电网的谐波抑制[J].广东造船，2015.

[5]周雪峰.基于FFT算法的电网谐波检测方法[J].工矿自动化，2012.

[6]张德丰.MATLAB小波分析[M].机械工业出版社，2012：32-75.

作者简介：秦瑞阳（1992-），男，汉族，江苏，硕士研究生，上海海事大学，电气工程及其自动化。