供電系統(tǒng)諧波測量與分析

康立學(xué) 宗平

摘 要 本文使用位于西北的某一雷達(dá)站測得的供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，分析評價了該供電系統(tǒng)在諧波方面特點，說明了該供電系統(tǒng)是否在諧波方面滿足了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，論文講述了諧波方面的基本理論知識和快速傅立葉變換的數(shù)學(xué)原理和使用示波器測量供電系統(tǒng)諧波的基本方法。

【關(guān)鍵詞】供電系統(tǒng) 諧波測量 快速傅立葉變換

在供電系統(tǒng)中，諧波大大增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能性，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故，同時增加附加損耗，降低發(fā)電，輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率。是電氣設(shè)備（如旋轉(zhuǎn)電機，電容器，變壓器等）運行情況不正常，加速老化，從而縮短段他們的使用壽命。使繼電保護(hù)，自動裝置，計算機系統(tǒng)，以及許多重點設(shè)備不正常或者不能正常動作或操作，使測量和計量儀器不能正確指示或者計量。干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。

本文講述了使用示波器測量供電系統(tǒng)諧波的過程，通過討論相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識，對這種測量方法的可靠性做出了詳細(xì)的說明。

1 畸變波形的基本分析方法

低壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率是確定中壓和高壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率的基礎(chǔ)，國標(biāo)中定為5%。

表1規(guī)定了不同電壓電網(wǎng)的電壓諧波率，從上述規(guī)定中，可以看到使用量化的標(biāo)準(zhǔn)來很衡量電網(wǎng)中的諧波率可以有效地控制用電設(shè)備對電網(wǎng)電壓的污染。

從表1我們也可以看到，通過對電網(wǎng)中電壓采樣，然后分析不同級諧波在電網(wǎng)電壓中的比重，就可以計算出來電壓諧波畸變率。

電壓總諧波率畸變率定義為：

2 傅立葉級數(shù)

傅里葉級數(shù)表示任何周期函數(shù)都可以使用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)構(gòu)成的無群級數(shù)來表示，傅里葉級數(shù)的概念可以從數(shù)學(xué)方式上來表示諧波的意義，是我們測量諧波的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

復(fù)數(shù)形式的傅里葉級數(shù)：

給定一個周期為T的函數(shù)x（t），那么他可以表示為無群級數(shù)：

其中，ak可以按下式計算：

3 使用示波器測量供電系統(tǒng)諧波分析方法

從以上論述我們可以清楚的看到，針對供電系統(tǒng)電壓采樣，然后做FFT可以得到頻譜，從頻譜上可以得到諧波頻率分量的幅度，對比諧波頻率分量的幅度和主信號的幅度可以到電壓的諧波畸變率。

針對臺站低壓供電系統(tǒng)的諧波測量，在不使用專用的諧波分析設(shè)備的情況下，我們使用示波器搭配使用10倍的探頭對電網(wǎng)電壓進(jìn)行采樣，然后通過使用FFT函數(shù)計算，在頻域內(nèi)觀察不同諧波的頻率上的幅值就可以準(zhǔn)確的確定諧波的成分。

在三種情況下測試該臺站供電系統(tǒng)電壓諧波率：

（1）使用市電供電，UPS輸出端的諧波測量。

（2）使用市電供電，UPS輸入端的諧波測量。

（3）使用油機供電，UPS輸入端的諧波測量。

由于UPS是對電壓進(jìn)行整流，然后再濾波，所以從UPS的工作原理來考慮，UPS輸入端的諧波，對UPS的輸出是沒有影響的，所以不予測量。三種情況下測量結(jié)果由DB轉(zhuǎn)換成電壓比值，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)電壓總諧波畸變率的定義分別計算油機諧波，UPS諧波，市電諧波的結(jié)果為：

油機諧波：5.62%；UPS諧波：0.68%；市電諧波：2.24%。

從測量結(jié)果上來看，油機諧波已經(jīng)超過了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5%，而UPS諧波與市電諧波遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 使用示波器測量供電系

本文根據(jù)某一雷達(dá)站供電系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，通過使用示波器的FFT功能分析了供電系統(tǒng)的電壓畸變率，現(xiàn)在示波器在FFT方面的由于使用了大規(guī)模集成電路實現(xiàn)了硬件快速運算，使得通過的理論計算的所得頻譜分辨率已經(jīng)超過了一般的頻譜儀，同時示波器的采樣精度早已滿足了要求，所以使用示波器來測量諧波具有很高的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙同賀.開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用實例[M].北京：人民郵電出版社，2007.

作者單位

1.民航寧夏空管分局 寧夏回族自治區(qū)銀川市 750009

2.中國移動通信集團(tuán)寧夏公司銀川分公司 寧夏回族自治區(qū)銀川市 750001