一文了解電壓諧波

我們經(jīng)常會(huì)聽到諧波，到底什么是諧波，怎么定義的？為什么要關(guān)注諧波？什么時(shí)候關(guān)注諧波？諧波如何計(jì)算或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波的算法是怎樣的？GB關(guān)于電壓諧波又是如何評(píng)估的？帶著諸多的問題，我們一起來了解。

01電壓諧波：藏在正弦波里的“污染”

理想的電壓波形是純凈的頻率為50Hz的正弦波，諧波是摻入的其他頻率電壓信號(hào)，過高的諧波含量對(duì)電氣設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有影響，是盡量要避免的。

需要專業(yè)的滿足標(biāo)準(zhǔn)算法的儀器將其分離出來去考核和評(píng)估。

1諧波及間諧波

當(dāng)電網(wǎng)電壓波形偏離理想正弦波時(shí)，其畸變成分即為電壓諧波。若畸變頻率為基波（50Hz）的整數(shù)倍（如5次諧波=250Hz），稱為整數(shù)次諧波；非整數(shù)倍則為間諧波（如1627Hz）

如何顯示？

%（各次諧波含量和基波數(shù)值的比例）或者RMS值表示

計(jì)算方法：

傅里葉變換：任何周期交流信號(hào)，無論它的波形是什么，都可以分解為多個(gè)正弦波之和（5Hz一根譜線，諧波計(jì)算三根譜線，間諧波計(jì)算諧波之間的7根譜線）：頻率為基波（h1）的正弦分量+頻率為的基波的整數(shù)倍的正弦分量，即諧波（hn）

例：

2電壓總畸變率-Uthd

基本概念

THD（Total Harmonic Distortion）是總諧波畸變率，用來表示電壓波形總體畸變的嚴(yán)重程度。波形的諧波含量越大，波形失真越嚴(yán)重，THD數(shù)值越大；反之，THD數(shù)值越小。

部分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)THD評(píng)估的算法要求：

用戶可根據(jù)不同的測(cè)試需要選擇合適的儀器，F(xiàn)luke幾款主力型號(hào)的THD測(cè)試功能對(duì)比

新一代Fluke 1770系列儀器：40次、50次、100次，同時(shí)給出!

測(cè)試界面：

3主要產(chǎn)生源

工業(yè)設(shè)備：變頻器、晶閘管整流器（產(chǎn)生5/7/11次諧波）。

新能源裝置：光伏逆變器、充電樁（含高頻超諧波）。

民用負(fù)載：LED燈、計(jì)算機(jī)（3次諧波疊加致中性線過載）。

02諧波危害

1諧波電壓過高對(duì)負(fù)載和供電設(shè)備的影響及破壞力遠(yuǎn)超想象，堪稱電氣設(shè)備的“隱形殺手”

導(dǎo)致電氣設(shè)備（電機(jī)、變壓器等）異常發(fā)熱，高次諧波的集膚效應(yīng)會(huì)引起線纜過熱，溫度過高，絕緣材料的性能會(huì)逐漸下降，直至失效，導(dǎo)致漏電，設(shè)備損壞等惡劣結(jié)果

會(huì)引起諧振，損壞電容柜，影響企業(yè)正常供用電，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)損失

影響節(jié)能目標(biāo)的達(dá)成，電能的轉(zhuǎn)換效率降低，等

2典型案例

03諧波的精準(zhǔn)測(cè)試

150次諧波

經(jīng)典FFT算法的局限

傳統(tǒng)FFT受頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)影響，在非同步采樣時(shí)誤差顯著，尤其對(duì)間諧波（如82Hz）定位偏差＞10%

按照IEC、GB要求，國(guó)標(biāo)報(bào)表評(píng)估、現(xiàn)場(chǎng)故障診斷，電壓諧波含量應(yīng)選“子組算法”

以測(cè)試實(shí)例說明“子組算法”？

標(biāo)準(zhǔn)源+測(cè)試儀器，信號(hào)源設(shè)置

測(cè)試結(jié)果:

三種方法，測(cè)量結(jié)果對(duì)比表

結(jié)論：

中國(guó)國(guó)標(biāo)報(bào)表評(píng)估、現(xiàn)場(chǎng)故障診斷，應(yīng)該正確“子組算法”

2高頻諧波：為何測(cè)量頻帶要增加至30kHz甚至更高？

高頻諧波物理特性與基波頻率無關(guān)，高頻率的諧波成分不以基頻的“n倍”來表示，不標(biāo)為“第n次諧波“而是頻譜含量表示。

測(cè)試的意義/高頻諧波的危害：

新一代儀器合乎新標(biāo)準(zhǔn)算法

Fluke 1770系列支持35組高頻諧波（2-9kHz，帶寬200Hz）+11組超諧波（9-30kHz）測(cè)量，帶寬2kHz。

分析軟件顯示界面：

04電壓諧波如何評(píng)估？

1依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》

適用于：

交流額定頻率為50Hz，標(biāo)稱電壓110kV及以下的公共電網(wǎng)。標(biāo)稱電壓為220kV的公共電網(wǎng)參照110kV執(zhí)行。

不適用于：

暫態(tài)現(xiàn)象和短時(shí)間諧波

企業(yè)內(nèi)部電能質(zhì)量檢測(cè)，有不少用戶咨詢?nèi)绾沃苯映鼍邷y(cè)試報(bào)告

2國(guó)標(biāo)規(guī)定的限值表

05精準(zhǔn)治理：前提是“測(cè)得到”及“治得準(zhǔn)”

1源頭阻斷（優(yōu)選方案）

工業(yè)變頻器：加裝12脈沖整流器，將5/7次諧波轉(zhuǎn)化為更高次（11/13次）

數(shù)據(jù)中心UPS：禁用無源濾波器，改用分布式APF（有源濾波器），避免諧振放大（案例：某銀行數(shù)據(jù)中心諧波THD從12%降至3%）

2系統(tǒng)級(jí)凈化

敏感設(shè)備防護(hù)：為服務(wù)器配置調(diào)節(jié)裝置，隔離電網(wǎng)諧波電壓

電容柜改造：串聯(lián)合適電抗率的電抗器，抑制5次以上諧波放大

3智慧評(píng)估閉環(huán)

高精度測(cè)試→定位諧波源→定制治理方案→實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證

06結(jié)語：諧波檢測(cè)和治理是技術(shù)，更是責(zé)任

電壓諧波已從“隱形問題”升級(jí)為“顯性風(fēng)險(xiǎn)”——小到電費(fèi)異常，大到設(shè)備爆炸，精準(zhǔn)測(cè)試是破解困局的第一步。

記住三個(gè)黃金法則：

全頻段測(cè)試：從50次到100次，高頻超諧波不容忽視，全面體檢；

合乎標(biāo)準(zhǔn)的算法：保證測(cè)量結(jié)果的一致性和有效性

治理閉環(huán)：源頭阻斷＞末端修補(bǔ)

行動(dòng)號(hào)召

讓每一伏電，都保持盡可能純凈

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