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2KHz~9KHz电网谐波测量相关知识

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  • 发布时间:2014/11/20 14:44:06
  • 作者:ly_yinhe

  对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解,除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量,使电网受到“污染”。其频率范围一般为2≤n≤40。本文主要介绍了频率超过谐波频率范围2KHz却低于低频范围上限的9KHz信号分量的谐波测量相关知识。

一、有关谐波测量相关定义

  谐波频率(fn):
  电源(基波)频率的整数倍的频率(fn=n*f1)。f1为基波频率。
  谐波阶数(n):
  谐波频率域电源(基波)频率的(整数)比。综合DFT分析以及f1与fs(采样频率)之间的同步时,谐波阶数n由n=k/N(k为傅里叶分量数目,N为Tw内的T1数,Tw=NT1,T1=1/f1)给出。
  谐波分量有效值(Gn):
  在一个非正弦波形分析中某一个谐波频率分量的有效值。为简短起见,这样的一个分量可被简单的描述为谐波。
  注:谐波分量Gn等于频谱分量Ck(k=N*n)是唯一的;Ck表示第n次谐波的频谱分量有效值,(Gn=CNn)。它按需求可用In表示电流,用Un表示电压。
  摘录自:GBT--17626.7-2008电磁兼容 试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则。

二、2KHz~9KHz谐波产生原因

  频率超过谐波频率范围(约2kHz)却低于低频范围上限(约9KHz)的信号分量(电流或电压)是由诸如此类的现象产生的:
  ——连在供电干线侧的电源(不论与主电源同步还是异步)的脉宽调制控制,譬如“功率因数校正系统”所用的那样;
  ——发射,譬如通过主电源线传递的信号;
  ——电源转换器输出端(负载侧)对输入端(电源侧)的馈通分量;
  ——由通信缺口引起的震荡。
  这些分量可以是单一频率的,也可以是宽频带的。

三、2KHz~9KHz谐波测量相关知识

  这些分量的测量不需要很高的频率分辨率,按照惯例,往往是把要分析的信号能量按预定的频带组合分组来测量的。对其测量时,可对其进行离散傅里叶变换。由于要测量的信号较弱,可用滤波器抑制基波和频率高于9KHz的分量的幅值,从而大大减少测量的不确定度。基波的衰减应超过55dB。

 

测量处理部分基本构成图
   图1:测量处理部分基本构成图

  注:外部电压、电流传感器的频率范围应适用于高达9KHz
  采样频率应按已有信号分析规定来选取,使频率高达9KHz(含9KHz)的分量都能测到。这类分析的采样不必与电源的基波周期同步。矩形数据截获窗的宽度选用100ms,约相应于50Hz(60Hz)系统的5(6)个周期。这样,在两个连续的被测分量Cf之间的频率差是10Hz。
  注:频率为f的分量的有效值表示为Cf,举例来说C3160是频率为3160Hz的分量的有效值。
  DFT未处理的输出(图1中的输出)按200Hz宽的频带分组(见图2),高于谐波频率范围的第一个频带的中心频率时2100Hz。每个频带的输出Gb是有效值。

2KHz~9KHz范围内测量频带的示意图


    图2:2KHz~9KHz范围内测量频带的示意图

Gn有效值计算公式

  注1:之所以这样选取频带宽是为了GB/T 6113.101对9KHz以上的信号带宽处理相一致。
  注2:中心频率b代表了该频段,例如2100Hz、2300Hz、2500Hz,最高的中心频率为8900Hz