如果出現(xiàn)頻率小于50Hz的諧波，稱為分數(shù)次諧波，即在0Hz~50Hz之間，幅值范圍和諧波電壓相同，而諧波電流則小于額定電流。
閃變的變化范圍在>0Hz~35Hz之間，電壓幅值約為額定電壓的4%以下。
電壓波動是變量，頻率基本不變，其幅值一般在幾個百分數(shù)。
電壓不對稱在幾個百分比之間變化。上述百分比均為與電網(wǎng)額定電壓的百分比。
表1 測量值
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干擾類型 |
電壓 |
電流 |
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諧波 |
50Hz…2.5kHz
至10%Un |
50Hz…2.5kHz
至In |
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中間諧波 |
50Hz…2.5kHz
至10%Un |
50Hz…2.5kHz
至In |
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次諧波 |
>0Hz…50Hz
至10%Un |
>0Hz…50Hz
<In |
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電壓波動 |
…50Hz…
10%Un |
_ |
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三相不對稱 |
50Hz
<3% |
_ |
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閃變 |
>0Hz…35Hz
<4% |
_ |
2. 測量過程和掃描頻率
目前主要使用數(shù)字式測量儀器，測量精度取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換的幅值分解和掃描頻率、通道數(shù)和數(shù)據(jù)存儲功能。數(shù)字測量儀器可以將測量值按12、14甚至16Bit進行分解。輸入量分解為2.048，8.192，32.768等級，測量值標記使用1個Bit。掃描頻率采用Shannon掃描理論，即掃描頻率至少為2倍的被測量信號的頻率，實際可以達到3~4倍。儀器至少可以分析到40次諧波，50Hz電網(wǎng)掃描頻率至少為8kHz，60Hz電網(wǎng)掃描頻率至少為9.6kHz。如果儀器有多個通道，則每個通道的掃描頻率必須相同。諧波測量時測量信號的基波頻率需要與掃描頻率同步化。為此設置PLL電路用于產(chǎn)生掃描和控制頻率。注意此處并沒有時間的概念，因為掃描頻率是電網(wǎng)頻率的多倍。測量后的準確配置需要附加電路。
3. 測量準確度要求
電能質(zhì)量標準中規(guī)定了對諧波分析儀器的具體要求，傅立葉級數(shù)的分析周期(即時間)必須與測量目的相吻合。具體要求見表2。
表2 諧波測量推薦分析周期
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測量對象 |
窗口寬度 |
其他要求 |
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近似穩(wěn)定 |
0.1s…0.5s |
窗口之間允許有間斷 |
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波動 |
0.32s
0.4s…0.5s |
矩形窗口：無間斷
哈寧窗口：半重疊 |
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快速變化 |
0.08s…0.16s |
無間斷 |
A級儀表用于實驗室，B級用于現(xiàn)場測量。儀器測量誤差角度小于+/-5º，或者小于h1º，h為諧波次數(shù)。見圖2。
圖2
諧波測量的準確度要求
4. 電流電壓互感器
測量系統(tǒng)必須根據(jù)相關(guān)標準中準確度要求確定頻率和幅值范圍。一個完整的測量系統(tǒng)包括電流電壓互感器，中間互感器，計算和計值部分，見圖3。只有儀器的參數(shù)設定符合標準中規(guī)定的參數(shù)，測量結(jié)果才具有重現(xiàn)性和可比較性。
-- 低壓
低壓系統(tǒng)的電流電壓互感器比較好配置，例如電流測量鉗和帶電壓輸出的電流測量鉗，以及Rogowski線圈都可以使用。幅值誤差小于1.5%，角度誤差小于15º。
-- 中壓
電壓互感器在1kHz以下的測量誤差小于5%，至700Hz角度誤差小于5º。電流互感器在1.5kHz以下基本可以保證測量精度。
-- 高壓
電壓互感器在500Hz以下的測量誤差小于5%。電流互感器在整個諧波范圍內(nèi)適于測量。如果需要準確的測量電壓，需要使用電阻分壓器(Un<1kV)或者電容分壓器(Un>1kV)。
圖3 測量系統(tǒng)的基本構(gòu)成
5. 測量接線
測量地點與電流電壓互感器的安裝地點有關(guān)。在低壓電網(wǎng)中不需電壓互感器，直接測量。可以通過儀器自帶的測量鉗測量電流，也可以從電流互感器二次引出電流信號，但接線比較費事，推薦使用測量鉗。低壓電網(wǎng)有時作為TN電網(wǎng)運行，相電壓和線電流直接對應。因此可在諧波范圍內(nèi)測量功率。對于閃變測量由于相線和地線之間接有照明燈具同樣適用。
中壓和高壓電網(wǎng)測量只能通過電流互感器和電壓互感器或者分壓器，應考慮互感器傳遞函數(shù)對測量的影響，特別是測量諧波和中間諧波，而對于閃變測量基本沒有問題。中壓電網(wǎng)用三臺互感器測量的誤差相對較低，而使用2個互感器則會出現(xiàn)誤差。圖4 表示互感器的接線。
2個電流互感器采用2相差接線，也可以等效為3個互感器。測量諧波功率時必須測量相/地電壓。有時需要通過相/地電壓造一個人工中性點。此時需注意，因為形成了零序系統(tǒng)，不能測量3的倍數(shù)次諧波。另外，相對地電壓只有在忽略零序系統(tǒng)時才可以根據(jù)線電壓確定。
因為中壓電網(wǎng)為線電壓，比較適合測量閃變。中壓電網(wǎng)的電壓互感器的接線方式不適合測量線對地電壓。
注意：有些中壓和低壓電網(wǎng)的互感器接線不適合測量電網(wǎng)干擾。
圖4 中壓電網(wǎng)互感器的接線
6. 測量輸入
本文所描述的方式假定在三相系統(tǒng)中進行測量，因此必須有3個電流互感器和3個電壓互感器。如果低壓系統(tǒng)為3相4線制，測量儀器必須具有零線輸入端口。
測量儀器必須具有信號轉(zhuǎn)換特性，要求見表3。
測量儀器采用的計算和分析方法必須和標準要求一致。一般用戶不會研究測量儀器的內(nèi)部工作原理，并確定測量儀器的適用性。
儀器本身應該注明適用的標準。
表3
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測量范圍 |
其他要求 |
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電壓輸入 |
110V/
230V；400V |
波形系數(shù)1.5
功率<3VA
4倍電壓或者1kV，1s |
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電流輸入 |
1A；5A |
波形系數(shù)3
功率<3VA
Du<0.15V(B級)
1.2ln長期，10ln(1s) |
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0.1V或者1V |
電阻分流 |
7. 測量輸出
測量儀器的測量數(shù)據(jù)必須以便于觀察的形式輸出，以便進一步分析。例如諧波測量，需要分析0-40次的3相諧波電壓和電流。每分鐘有一個160ms的掃描窗口。如果連續(xù)測量一周，則諧波幅值的數(shù)據(jù)量超過145個百萬。數(shù)據(jù)流必須通過測量系統(tǒng)處理和表示。測量數(shù)據(jù)的綜合見表4。
表 4
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測量分析對象 |
測量值和計算值 |
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電流電壓瞬時值 |
按時間順序儲存 |
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電流電壓有效值 |
取瞬時值 |
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有功，無功，視在功率 |
取瞬時值和有效值 |
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電流電壓的諧波含量(幅值和相位) |
按傅立葉變換計算 |
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諧波有功和無功功率 |
按諧波電流電壓計算 |
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THD系數(shù) |
按諧波電流電壓計算 |
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短時閃變值Pst;Ast |
按電壓瞬時值計算 |
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長時閃變值Plt;Alt |
按短時干擾計算 |
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電流電壓不對稱度 |
按基波數(shù)據(jù)計算 |
在電網(wǎng)干擾范圍，測量的所有參數(shù)和時間順序必須可以按概率表示。是按95%概率還是按99%概率，可以任意選擇。另外必須測量完整的負荷周期，才能取得全面數(shù)據(jù)。如果不明確典型的負荷周期，則可以任意確定測量時間和分析時間段。
相對概率給出在整個測量期間有多少測量值處在定義的幅值范圍內(nèi)。由此將眾多測量數(shù)據(jù)按簡單的方式表現(xiàn)。但是此種表示方法不再具有時間的概念。
相對總概率由各個相對概率綜合而成，大于或者小于單個概率的幅值。相對總概率表示總測量值大于定義值的百分比。分析電網(wǎng)干擾通常采用95%概率值。
需注意，95%總概率雖然與標準吻合，但是如果沒有附加說明有時會導致不明晰。盡管都是95%概率分配，但是在不同時間段會出現(xiàn)差異。除了按概率表示外，還可以按時間表示，例如大型負荷的投入，或者電網(wǎng)改變接線方式時。有時并不需要將所有測量段都進行處理，僅顯示幾個特征段即可。標準中給出了不同間隔的數(shù)據(jù)壓縮，見表5。
將數(shù)據(jù)綜合處理和顯示可以對整個測量結(jié)果有直觀的掌握。
表 5
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間隔 |
延續(xù)時間 |
注 |
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很短 |
3s |
有效測量時間，存儲諧波最大值 |
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短 |
10min |
至少100個數(shù)值，按概率處理 |
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長 |
1h |
綜合概率 |
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天 |
24h |
綜合概率，諧波最大值，確定有效值 |
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星期 |
7 天 |
沒有特別要求 |
圖5 一周內(nèi)5次諧波的相對總概率
8. 測量儀器的選擇
測量電網(wǎng)干擾或者研究電能質(zhì)量通常需要研究干擾量的各種坐標，具有諧波分析和示波功能的組合儀器比較適用。現(xiàn)代測量儀器可以滿足各種要求。表6 列出了測量儀器的主要功能。
表6
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測量儀器 |
電壓波動 |
閃變 |
不對稱 |
諧波 |
中間諧波 |
測量時間 |
準確度 |
綜合分析 |
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x-t打印 |
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機械式 |
0 |
- |
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至一天 |
+ |
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電子式 |
+ |
- |
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至一天 |
0+ |
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存儲示波 |
+ |
- |
|
- |
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短時 |
0+ |
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瞬態(tài)紀錄 |
+ |
0 |
+ |
0 |
0 |
短時 |
0+ |
|
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頻譜分析 |
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試驗設備 |
|
|
0 |
+ |
|
短時 |
+ |
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便攜設備 |
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|
- |
0 |
|
至一天 |
-+ |
|
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專用設備 |
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|
+ |
+ |
+ |
至一周 |
+ |
|
|
|
閃變測試儀 |
+ |
+ |
|
|
|
至一周 |
+ |
|
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9. 實際測量
電能質(zhì)量的測量除了選擇合適的儀器外，還要明確測量的目的，例如：
-- 分析某種干擾現(xiàn)象；
-- 測量電能質(zhì)量現(xiàn)狀；
-- 新用戶的干擾發(fā)射允許值測量。
在分析研究時需要標明儀器、設備和電網(wǎng)的數(shù)據(jù)，使用標準格式的表格進行匯總，見表7。
應該盡可能全面的收集數(shù)據(jù)表中列出的項目。測量時注明地點，時間，測量人員等。接好測量儀器后首先校對相位和基準時間，日期。有時需要注明變壓器調(diào)壓接頭的位置。大型負荷的運行情況。
測量結(jié)束后應確認，測量項目是否完整，有些數(shù)據(jù)可以現(xiàn)場顯示。
注意，一次有效的測量必須包括所有必要的電網(wǎng)參數(shù)和運行條件。
表7
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電能質(zhì)量測量數(shù)據(jù)表 |
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用戶或設備: |
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名稱： |
電話/FAX: |
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地址： |
聯(lián)系人： |
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測量接點:
測量儀器： |
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電壓等級 ： kV |
是否安裝變壓器 ： |
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定購功率 ： kVA |
變壓器容量 ： kVA |
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最小短路容量 ： MVA |
短路電壓 ： Uk% |
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供電系統(tǒng)圖 ： |
變壓比 ： kV/ kV |
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電網(wǎng)參數(shù) ： |
接線組 ： |
|
無功補償: |
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種類 固定連接( ) |
總功率： kvar |
|
分級投切( ) |
每級功率： kvar |
|
有無串聯(lián)電抗： |
|
電抗率： % 諧振頻率： Hz |
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諧波數(shù)據(jù)：
電壓波動：
三項平衡度： |
