交流非正弦信號(hào)可以分解為不同頻率的正弦分量的線性組合。當(dāng)正弦波分量的頻率與原交流信號(hào)的頻率相同時(shí),稱為基波(fundamental wave);當(dāng)正弦波分量的頻率是原交流信號(hào)的頻率的整數(shù)倍時(shí),稱為諧波(harmonics);當(dāng)正弦波分量的頻率是原交流信號(hào)的頻率的非整數(shù)倍時(shí),稱為分?jǐn)?shù)諧波,也稱分?jǐn)?shù)次諧波或間諧波(inter-harmonics)。
一間諧波概念
交流非正弦信號(hào)可以分解為不同頻率的正弦分量的線性組合。當(dāng)正弦波分量的頻率與原交流信號(hào)的頻率相同時(shí),稱為基波(fundamental wave);當(dāng)正弦波分量的頻率是原交流信號(hào)的頻率的整數(shù)倍時(shí),稱為諧波(harmonics);當(dāng)正弦波分量的頻率是原交流信號(hào)的頻率的非整數(shù)倍時(shí),稱為分?jǐn)?shù)諧波,也稱分?jǐn)?shù)次諧波或間諧波(inter-harmonics)。
按照變頻電量的定義,含有間諧波的電量屬于變頻電量。
二間諧波的產(chǎn)生
01人為產(chǎn)生
◆ 電力線載波(Power Line Carrier - PLC)
電力線載波通信是利用電力線作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式,電能質(zhì)量分析時(shí),電力線載波一般被歸納為間諧波。
◆ SPWM
變頻器輸出的SPWM波形的諧波集中在載波頻率整數(shù)倍頻率附近,假設(shè)載波頻率為fc,基波頻率為fs,那么,諧波可以表示為mfc±nfs。fc/fs稱為載波比,當(dāng)載波比不是整數(shù)時(shí),mfc±nfs不能被fs整除,輸出包含間諧波。
◆ 異步電機(jī)定子疊頻法熱試驗(yàn)
異步電機(jī)定子疊頻法熱試驗(yàn)時(shí),輸出電壓為主電源與副電源的疊加。例如:主電源是頻率為50Hz的正弦波,副電源是頻率為40Hz的正弦波,副電源幅值為主電源幅值的25%。此時(shí),副電源屬于間諧波。
02非人為產(chǎn)生
在電網(wǎng)中,波動(dòng)負(fù)載、電弧類負(fù)載(電弧爐、電弧焊機(jī)、具有磁力鎮(zhèn)流器放電類型的照明等)、靜止變頻裝置(交—直—交和交—交變頻器等)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、整周波控制的晶閘管裝置等均可能產(chǎn)生間諧波。間諧波在電網(wǎng)中廣泛存在。隨著分布式電源的接入,智能電網(wǎng)的發(fā)展,間諧波的含量有增大趨勢(shì)。
三間諧波危害
間諧波的影響尚在探討中,其最主要的影響有:引起電壓波動(dòng)和閃變、無源濾波器的過載(間諧波的諧振放大所致)、干擾電力線上控制、保護(hù)和通訊信號(hào),引起機(jī)電系統(tǒng)低頻振蕩、影響以電壓過零點(diǎn)為同步信號(hào)的控制設(shè)備以及某些家用電器正常工作等等。因此電網(wǎng)的間諧波電壓必須控制在一定水平以下。
四間諧波分析
通常的諧波測(cè)量?jī)x器使用傅立葉變換的方法進(jìn)行諧波分析,而傅立葉變換的前提是假定所有的周期波形都是相同的,從這個(gè)角度講,傅立葉變換只適用于整數(shù)次諧波的分析。對(duì)于包含間諧波的信號(hào),每個(gè)相鄰周期(基波周期)的信號(hào)可能不同,也就是說,信號(hào)是變化的,當(dāng)變化滿足一定的規(guī)律時(shí),比如說,每N個(gè)基波周期變化重復(fù)一次。我們可以將N個(gè)基波周期視為一個(gè)周期,這樣,信號(hào)就是周期信號(hào)了。對(duì)該周期信號(hào)取N個(gè)基波周期進(jìn)行傅里葉變換,可以得到下述表達(dá)式:
ω1為基波角頻率,ω1=2πf1,f1為基波頻率,T1=1/f1為基波周期。Tw為傅里葉時(shí)間窗的寬度(持續(xù)時(shí)間),Tw=NT1。c0為直流分量。cm為頻率fm=mf1/N的正弦分量的幅值。當(dāng)m/N為整數(shù)時(shí),該正弦分量為稱為諧波,當(dāng)當(dāng)m/N為非整數(shù)時(shí),該正弦分量稱為分?jǐn)?shù)次諧波,也就是間諧波。
五間諧波測(cè)量
國(guó)標(biāo)GB/T 24337-2009《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》規(guī)定了公用電網(wǎng)諧波的限值及測(cè)量方法。WP4000變頻功率分析儀可以對(duì)傅里葉時(shí)間窗的基波周期數(shù)N進(jìn)行選擇,當(dāng)對(duì)應(yīng)的N較大時(shí),可以準(zhǔn)確測(cè)量間諧波。N越大,可分析的間諧波的頻率越低。
采用DT系列數(shù)字變送器和DH2000數(shù)字主機(jī),在湖南銀河電氣有限公司提供的數(shù)字主機(jī)服務(wù)程序及應(yīng)用程序例程源碼,可以方便的構(gòu)建適用于各種變頻電量測(cè)試的諧波分析儀及間諧波分析儀。
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