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[摘 要]本文根据目前的矿区电网网架结构制约了发供电产业链发展，矿井安全生产存在着隐患，从整个网架结构及安全经济运行和发供电产业链分析，将矿区电网的运行方式及各种参数输入仿真机进行仿真计算，论述了优化电网结构，消除隐患，提高供电可靠性，为集团公司本部永续发展提供电力支撑，具有很好的安全效益和社会效益。
[关键词]谐波；优化电网；锁相环；安全；效益
中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0015-01
一、前言
在电力市场环境下，电力交易复杂多变，恶化了电力系统的运行环境，给电力系统分析提出了新的挑战。运行人员必须掌握足够的系统安全可靠信息，以使系统远离潜在的不稳定事故。因此，迫切需要一个直观安全可靠性分析系统来的定量分析和控制决策方法。
二、谐波检测算法
目前常用的谐波检测算法主要有频域法、时域法等。
1、基于傅里叶变换的检测算法
傅立叶变换可以用来对电路中各种复杂的信号进行分解，从而得到信号中所含的谐波次数和各次谐波所占的比例，并且还能通过傅里叶变换对信号进行频谱分析，计算出信号中所含各次谐波的初相角以及其幅值。傅里叶变换方法被广泛的应用于各种电动机的故障诊断中，并且可以提取电力系统中常见设备如电力变压器、发电机、电力电子交直流变流器等设备上所产生的周期性谐波信号分量。在一个一端口网络中，如果周期性电压和电流都为谐波信号，将一个复杂的周期信号分解成直流分量和多次不同频率的交流分量的叠加，即可以将电压和电流写成如下的傅里叶级数形式。
快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform， FFT），是离散傅里叶变换的快速算法，也可用于计算离散傅里叶变换的逆变换。快速傅里叶变换有广泛的应用，如数字信号处理、计算大整数乘法、求解偏微分方程等。虽然傅里叶运算在各个方面计算中有着重要的作用，但由于其计算过于复杂，对系统运算负担过于庞大，而快速傅里叶变换的产生，使得傅里叶变换大为简化，提高了运算速度。
2、基于时域Fryze 理论的检测算法
基于瞬时无功功率理论的检测方法，但是由于包含了Park变换及其反变换，算法很复杂。基于Fryze功率理论的FBD法是由德国学者S.Fryze于1932年提出的。FBD基本思想是：把实际电路中的负载等效为各相上的等值电导，串联在电路上，所有的损耗都消耗在这个等效电导上面，根据计算可以得出要补偿的电流分量。
FBD直接法直接根据电网电压分析负载电流，计算出基波有功电流量和基波无功电流分量，从而实现参考电流的计算。然而当电网电压不平衡或者发生畸变时，检测结果是有影响的，所以在FBD直接法的基础上，利用锁相环（PLL）生成与电网电压同频率、同相位的单位参考电压，准确计算出各电流分量，这种方法被称为FBD间接法。
三、锁相环技术
1、锁相环技术原理
（1）锁相环的基本结构
锁相环是一个闭环反馈控制系统，其将输出信号与输入信号的相位进行比较，最终使输出信号的相位等于输入信号的相位或者使两者相位差为一常数，实现输出信号对输入信号的跟踪。锁相环一般有三部分组成，鉴相环、环路滤波器和压控振荡器。鉴相器的作用是将输入信号的相位与反馈信号的相位进行比较，然后将两信号的相位差输出给环路滤波器，环路滤波器实质为低通滤波器，经低通滤波后的低频信号加到压控振荡器，通过控制压控振荡器的电压改变其输出频率从而缩小相位跟踪误差。
得到相位为。输入信号与输出信号的相位差为，经鉴相器比较转化为电压信号存在如下关系：。称为鉴相特性，鉴相特性的种类很多，有正弦特性。方波特性、锯齿波特性等。其中应用最多的为正弦波特性。
（2）锁相环基本性能要求
锁相环有两种工作状态即捕获和锁定。在捕获过程中有两个主要性能指标：
A、环路的捕获带，即环路通过捕获过程进入同步状态所允许的最大固有频率差。
B、捕获时间，环路由起始时刻到进入同步状态时刻之间的时间间隔。捕获时间的大小一方面决定于环路参数，另一方面决定于起始状态。一般情况下起始频差越大，捕获时间越长。
2、自适应锁相环
增益和控制着相位/频率预测回路的的性能，其中反应了回路的的带宽，越大，带宽越宽，从而响应速度也越快。但是的增大也加深了频率与相位的耦合。当相位跳变较大时，这种强耦合就会产生一系列問题。为了解决这个问题，驱动频率积分器的信号在相位跳变时必须进行限制，一种解决方法是使增益自适应，即根据相位误差的大小进行调整。理想的解决方法是相位跳变越大，增益就越小，以减小对频率的不良影响。但是这种方法并不能够直接实现，因为相位的变化是未知的变量。可以看出相位的跳变会直接反应于信号的误差，相位变化越大，信号输入误差也就越大。因此将用代替可得自适应调整方法：
在实际应用中输入信号会含有谐波成分，自适应增益的平均值小于，因此系统的带宽相应变小，稳态精度提高。
由于矿用无功补偿SVG模块一般应用在三相系统中，上述自适应方法亦可应用到三相系统中，其结构框图如图3-3所示。在三相锁相环中，利用预测的相位对abc三相输入信号进行dq变换。积分增益的作用等同在增强型锁相环中的作用。相当于。幅值在锁相环中没有直接反应出来，但可以通过计算出来。的作用相当于在增强型锁相环中的作用。
四、安全效益
煤矿供电安全不是直接的物质生产活动。煤矿供电安全的效益是通过减少事故造成的人员伤亡和财产的损失来体现其价值的。这种客观实际一方面使社会、企业或个人遭受的无益的浪费得以减轻，实现了间接增值的作用；另一方面，由于保护了煤矿生产的人和煤矿生产的技术或工具，间接地促进了煤矿生产的增值。因此说，煤矿安全的效益是从物质资料生产或非物质资料生产的过程中间接地产生。
五、经济效益
可以有效缓解供电压力，优化电网结构，消除隐患，提高供电可靠性，为永续发展提供电力支撑，具有很好的安全效益和社会效益，也可在同行业相关领域进行技术推广，获得更大的社会效益。
作者简介
王学娥：山东能源集团龙口煤电有限公司。出生年月：1973年11月7日，女，山东招远人，工程师，1995年毕业于哈尔滨工业大学电气自动化专业，本科学历，主要从事发供用电电气技术管理工作。
[关键词]谐波；优化电网；锁相环；安全；效益
中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0015-01
一、前言
在电力市场环境下，电力交易复杂多变，恶化了电力系统的运行环境，给电力系统分析提出了新的挑战。运行人员必须掌握足够的系统安全可靠信息，以使系统远离潜在的不稳定事故。因此，迫切需要一个直观安全可靠性分析系统来的定量分析和控制决策方法。
二、谐波检测算法
目前常用的谐波检测算法主要有频域法、时域法等。
1、基于傅里叶变换的检测算法
傅立叶变换可以用来对电路中各种复杂的信号进行分解，从而得到信号中所含的谐波次数和各次谐波所占的比例，并且还能通过傅里叶变换对信号进行频谱分析，计算出信号中所含各次谐波的初相角以及其幅值。傅里叶变换方法被广泛的应用于各种电动机的故障诊断中，并且可以提取电力系统中常见设备如电力变压器、发电机、电力电子交直流变流器等设备上所产生的周期性谐波信号分量。在一个一端口网络中，如果周期性电压和电流都为谐波信号，将一个复杂的周期信号分解成直流分量和多次不同频率的交流分量的叠加，即可以将电压和电流写成如下的傅里叶级数形式。
快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform， FFT），是离散傅里叶变换的快速算法，也可用于计算离散傅里叶变换的逆变换。快速傅里叶变换有广泛的应用，如数字信号处理、计算大整数乘法、求解偏微分方程等。虽然傅里叶运算在各个方面计算中有着重要的作用，但由于其计算过于复杂，对系统运算负担过于庞大，而快速傅里叶变换的产生，使得傅里叶变换大为简化，提高了运算速度。
2、基于时域Fryze 理论的检测算法
基于瞬时无功功率理论的检测方法，但是由于包含了Park变换及其反变换，算法很复杂。基于Fryze功率理论的FBD法是由德国学者S.Fryze于1932年提出的。FBD基本思想是：把实际电路中的负载等效为各相上的等值电导，串联在电路上，所有的损耗都消耗在这个等效电导上面，根据计算可以得出要补偿的电流分量。
FBD直接法直接根据电网电压分析负载电流，计算出基波有功电流量和基波无功电流分量，从而实现参考电流的计算。然而当电网电压不平衡或者发生畸变时，检测结果是有影响的，所以在FBD直接法的基础上，利用锁相环（PLL）生成与电网电压同频率、同相位的单位参考电压，准确计算出各电流分量，这种方法被称为FBD间接法。
三、锁相环技术
1、锁相环技术原理
（1）锁相环的基本结构
锁相环是一个闭环反馈控制系统，其将输出信号与输入信号的相位进行比较，最终使输出信号的相位等于输入信号的相位或者使两者相位差为一常数，实现输出信号对输入信号的跟踪。锁相环一般有三部分组成，鉴相环、环路滤波器和压控振荡器。鉴相器的作用是将输入信号的相位与反馈信号的相位进行比较，然后将两信号的相位差输出给环路滤波器，环路滤波器实质为低通滤波器，经低通滤波后的低频信号加到压控振荡器，通过控制压控振荡器的电压改变其输出频率从而缩小相位跟踪误差。
得到相位为。输入信号与输出信号的相位差为，经鉴相器比较转化为电压信号存在如下关系：。称为鉴相特性，鉴相特性的种类很多，有正弦特性。方波特性、锯齿波特性等。其中应用最多的为正弦波特性。
（2）锁相环基本性能要求
锁相环有两种工作状态即捕获和锁定。在捕获过程中有两个主要性能指标：
A、环路的捕获带，即环路通过捕获过程进入同步状态所允许的最大固有频率差。
B、捕获时间，环路由起始时刻到进入同步状态时刻之间的时间间隔。捕获时间的大小一方面决定于环路参数，另一方面决定于起始状态。一般情况下起始频差越大，捕获时间越长。
2、自适应锁相环
增益和控制着相位/频率预测回路的的性能，其中反应了回路的的带宽，越大，带宽越宽，从而响应速度也越快。但是的增大也加深了频率与相位的耦合。当相位跳变较大时，这种强耦合就会产生一系列問题。为了解决这个问题，驱动频率积分器的信号在相位跳变时必须进行限制，一种解决方法是使增益自适应，即根据相位误差的大小进行调整。理想的解决方法是相位跳变越大，增益就越小，以减小对频率的不良影响。但是这种方法并不能够直接实现，因为相位的变化是未知的变量。可以看出相位的跳变会直接反应于信号的误差，相位变化越大，信号输入误差也就越大。因此将用代替可得自适应调整方法：
在实际应用中输入信号会含有谐波成分，自适应增益的平均值小于，因此系统的带宽相应变小，稳态精度提高。
由于矿用无功补偿SVG模块一般应用在三相系统中，上述自适应方法亦可应用到三相系统中，其结构框图如图3-3所示。在三相锁相环中，利用预测的相位对abc三相输入信号进行dq变换。积分增益的作用等同在增强型锁相环中的作用。相当于。幅值在锁相环中没有直接反应出来，但可以通过计算出来。的作用相当于在增强型锁相环中的作用。
四、安全效益
煤矿供电安全不是直接的物质生产活动。煤矿供电安全的效益是通过减少事故造成的人员伤亡和财产的损失来体现其价值的。这种客观实际一方面使社会、企业或个人遭受的无益的浪费得以减轻，实现了间接增值的作用；另一方面，由于保护了煤矿生产的人和煤矿生产的技术或工具，间接地促进了煤矿生产的增值。因此说，煤矿安全的效益是从物质资料生产或非物质资料生产的过程中间接地产生。
五、经济效益
可以有效缓解供电压力，优化电网结构，消除隐患，提高供电可靠性，为永续发展提供电力支撑，具有很好的安全效益和社会效益，也可在同行业相关领域进行技术推广，获得更大的社会效益。
作者简介
王学娥：山东能源集团龙口煤电有限公司。出生年月：1973年11月7日，女，山东招远人，工程师，1995年毕业于哈尔滨工业大学电气自动化专业，本科学历，主要从事发供用电电气技术管理工作。