IEC61000標(biāo)準(zhǔn)中的電能質(zhì)量

1、關(guān)口計量產(chǎn)品介紹1關(guān)口計量產(chǎn)品介紹ION系列產(chǎn)品RAIDIAN系列產(chǎn)品ELSPEC系列產(chǎn)品電測相關(guān)概念電能質(zhì)量相關(guān)概念I(lǐng)ON產(chǎn)品在關(guān)口計量中的應(yīng)用ION品牌變遷加拿大PML公司是一家專業(yè)致力于電能計量和電能質(zhì)量分析的高技術(shù)公司施耐德全面收購了加拿大PML公司，ION電表已成為SCHNEIDER品牌庫中的一個子品牌在中國，施耐德將利用已有的組織機(jī)構(gòu)和行銷渠道繼續(xù)銷售ION電表，并提供服務(wù)上海羅珊納公司作為施耐德電能產(chǎn)品以及電能質(zhì)量產(chǎn)品的專業(yè)代理公司，在華東電網(wǎng)推廣ION系列產(chǎn)品，并提供專業(yè)服務(wù)PowerLogic ION 在電力行業(yè)的應(yīng)用計費(fèi)系統(tǒng)關(guān)口計量ION8000系列國家級電網(wǎng)：國家電網(wǎng)公司

2、: 三峽外送，東北華北加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)，華北華中聯(lián)網(wǎng)等 南方電網(wǎng)公司: 柳州沙塘變500kV, 貴廣河池變500kV區(qū)域性電網(wǎng)：華東電網(wǎng): 褚暨,宜興,海門,崇明,王店,宣城,徐行.500kV 華中電網(wǎng): 荊門，孝感，開封，長沙，益陽，玉賢 500kV西北電網(wǎng): 黃河蘇只 東北電網(wǎng): 高嶺開關(guān)站500kV省級電網(wǎng) 江西省網(wǎng)關(guān)口（500kV，220kV）重慶電力公司（500kV，220kV）福建省電力公司（500kV，220kV）PowerLogic ION8000 系列關(guān)口計費(fèi)表世界上最先進(jìn)的關(guān)口表：測量高精度的電量計量滿足ANSI/IEC標(biāo)準(zhǔn)3相的電壓、電流、功率有效值諧波，K因子，三相不平衡變損和

3、線損補(bǔ)償數(shù)據(jù)記錄定時或事件觸發(fā)，記錄波形，跌落/上升，故障，瞬變（65us60Hz,78us50Hz），事件發(fā)生順序，最大/最小值記錄。越限控制多通訊口和通訊協(xié)議Modbus, DNP3.0, Itron MV-90 RS-485, RS-232, 光電口, modem,以太網(wǎng)口（連接其他設(shè)備的網(wǎng)關(guān)）連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器, email方式傳送數(shù)據(jù)或告警, GPS 同步遠(yuǎn)程告警和事件通知數(shù)字輸入/輸出，模擬輸入/輸出ION模塊化編程適合未來需求。 ION 8600系列與機(jī)器人模塊化電表真正可以“編程”的電表機(jī)器人用LABVIEW*軟件編寫的一個簡單例子ION電表的設(shè)計程序，與之相似，但是更為復(fù)雜，也給

4、用戶提供了更大的靈活度一般電表的編程其實(shí)稱為參數(shù)設(shè)定更為合適，而電表的編程是將電表內(nèi)部的功能模塊組合起來完成某一種功能的過程，用戶擁有了設(shè)計自己功能的權(quán)利針對特定用戶編寫的標(biāo)準(zhǔn)程序，也為不愿做二次開發(fā)的用戶提供了可以立刻使用的方案，并提供參數(shù)設(shè)定軟件ION SETUPLABVIEW是美國公司開發(fā)的廣泛用于自動化控制和儀器儀表行業(yè)的開發(fā)軟件ION 8600系列型號型號ION 8600AION 8600BION 8600C外形圓表：-base方表：SwitchboardA Base的優(yōu)勢與代價優(yōu)勢方便的現(xiàn)場更換方便的現(xiàn)場檢定降低采購成本代價起動電流約為mA0.2S級高精度電能計量電能計量：有功0.

5、2s，無功0.2s四象限電能計量，可為電能計量、計費(fèi)系統(tǒng)提供關(guān)口級別計量數(shù)據(jù)，并能單獨(dú)計量基波和諧波電能。雙向、四象限(有功)：電能kWh的輸入、輸出、總和、凈值雙向、四象限(無功)：電能kVARh的輸入、輸出、總和、凈值雙向、四象限(視在)：電能kVAh的輸入、輸出、總和、凈值電壓小時，電流小時精度及通過標(biāo)準(zhǔn)中國電科院華東等多個區(qū)域電網(wǎng)；廣西、重慶、江西、云南等多個省網(wǎng)KEMA（荷蘭）：IEC 62053-22 Class 0.2SMET實(shí)驗(yàn)室（美國)：C12.20-1998，class 0.2Industry Canada Approval(AE-0924)California ISO，N

6、ew England ISO，ERCOT and New York StateMexico Comision Federal de Electricdad and LAPEM ERCOT 阿根廷INTI關(guān)口電能表Gateway MeterGateway meter 與C&I meter的區(qū)別精度通訊能力存儲能力附加的更多功能ION系列電表的現(xiàn)場檢定電壓電流波動對關(guān)口電表現(xiàn)場檢定結(jié)果的影響電壓電流的穩(wěn)定度，對電表的現(xiàn)場精度測試是有影響的拉長測試時間，可以消除測試時間內(nèi)個別電壓，電流瞬變的影響，但是對無規(guī)律電壓電流波動的測試結(jié)果沒有根本改善光電頭的固定方式對關(guān)口電表現(xiàn)場檢檢定結(jié)果的影響理論上不存在

7、，但是不排除固定不好丟失或者反射脈沖的現(xiàn)象需量計量ION 8000系列支持所有標(biāo)準(zhǔn)需量算法，包括區(qū)間需量、滑差需量、預(yù)測需量?？捎嬎闼袑?shí)時測量量的各種需量峰值及其發(fā)生時間。最大需量寄存器可手動清零或按設(shè)定的條件自動清零。kW、kVAR、kVA需量及其最大值、最小值V、I需量及其最大值、最小值其它實(shí)時測量量的需量 實(shí)時量測量ION 8000系列提供高精度實(shí)時測量(秒級分辨率)及高速(1/2周波)測量(ION 8600A、ION 8600B)，包括：相 電 壓：Va、Vb、Vc、Vlnavg線 電 壓：Vab、Vbc、Vca、Vllavg 電 流：Ia、Ib、Ic、Iavg電 流：中性點(diǎn)或接地電

8、流有功功率：雙向kWa、kWb、kWc、kW的總值無功功率：雙向kVARa、kVARb、kVARc、kVAR總值視在功率：雙向kVAa、kVAb、kVAc、kVA的總功率因數(shù)：三相Cos、總Cos頻 率：f電壓、電流不平衡度相序 技術(shù)指標(biāo)測量精度電壓(Vln、Vll) 0.1% 頻率(4763Hz) 0.01Hz 電流(I1、I2、I3) 0.1% 電流(I4) 0.4% KW、kVAR、kVA(單位PF) 0.2% KW、kVAR、kVA(-0.5, 0.8 PF) 0.3% kWh、kVARh、kVAh Class 0.2 PF (單位PF) 0.5% 諧波 (ION 8400、ION 8

9、500至63次 ION 8300至31次) 1% 間諧波(至40次) IEC 61000-4-7K因子 5% 峰值因數(shù) 1.0%滿量程 多種計費(fèi)方式ION 8000系列提供全面的分時計費(fèi)(TOU) 功能，以適應(yīng)各種電價收費(fèi)結(jié)構(gòu)。kWh、kVARh、kVAh分時計費(fèi)kW、kVAR、kVA需量分時計費(fèi)自動記錄每個復(fù)費(fèi)率時段的需量最大值20年日歷(閏年和夏時制自動調(diào)整) 日歷支持4季節(jié)支持4種費(fèi)率，5種日類型可靈活定義復(fù)費(fèi)率時段，如季節(jié)，公眾假期，工作日等支持季中費(fèi)率自動轉(zhuǎn)換變壓器線路損耗補(bǔ)償靈活的補(bǔ)償方法 設(shè)置簡易每秒刷新適用于支持的所有通信規(guī)約電能質(zhì)量監(jiān)控監(jiān)控(ION8600A) IEC 610

10、00-4-7諧波和間諧波 IEC 61000-4-15閃變 CBEMA/ITICION 8000系列還可被設(shè)置監(jiān)測： EN50160 IEEE 519和IEEE 1159ION8000的模塊化功能可以使得它在按客戶需求編程后完成大多數(shù)電能質(zhì)量監(jiān)控工作故障錄波可同時捕捉所有電壓、電流通道的波形。擾動捕捉最長可連續(xù)記錄96周波的故障波形采樣率高達(dá)256點(diǎn)/周波電壓回路A/D位數(shù)為14位；電流回路A/D位數(shù)為18位供電可靠性檢測供電可靠性(以“9”的個數(shù)表示)ION 8000系列具備以“9”的個數(shù)表示供電可靠性的功能。(3個9表示每年8.8小時故障時間； 9個9表示每年2個周波故障時間）越限監(jiān)視IO

11、N 8000系列提供電壓、電流、不平衡度、頻率、功率因數(shù)等的越限監(jiān)視功能。諧波監(jiān)測ION 8600C可監(jiān)測231次諧波ION 8600B可監(jiān)測263次諧波ION 8600A可監(jiān)測2127次諧波(通過上位機(jī)軟件)總諧波畸變率(各相電壓、各相電流、中性線電流)總偶次諧波畸變率、總奇次諧波畸變率(各相電壓、各相電流、中性線電流)諧波電能計量K因子(各相電壓、各相電流、中性線電流)波峰因子電能質(zhì)量監(jiān)測上沖下陷電壓檢測干擾電壓曲線：包括干擾電壓的幅值和持續(xù)時間每相觸發(fā)以波形記錄或控制操作可在上位機(jī)上分析電壓的上沖下陷。暫態(tài)捕捉(ION8600A)可記錄最短達(dá)78s(50Hz)的子周波瞬變。序分量測量IO

12、N 8000系列可測量所有電壓、電流輸入的零序、正序、負(fù)序分量，并可計算出相間不平衡度。數(shù)據(jù)存儲定時記錄（負(fù)荷曲線）可設(shè)置為電能、需量、電壓、電流、諧波等所有測量量。數(shù)據(jù)記錄可由預(yù)設(shè)的時間間隔、時間、報警/事件條件或手動觸發(fā)。ION 8600A具有50組數(shù)據(jù)記錄，每組可記錄16個參數(shù)，共800個。ION 8600B具有20組數(shù)據(jù)記錄，每組可記錄16個參數(shù)，共320個。ION 8600C具有2組數(shù)據(jù)記錄，每組可記錄16個參數(shù)，共32個。最小值/最大值記錄ION 8000系列提供測量參數(shù)的最大值和最小值記錄，并可同時記錄該最值發(fā)生時刻其它相關(guān)參數(shù)(可設(shè)定)的值，時間分辨率為1ms。事件記錄500條

13、事件記錄順序事件記錄報警記錄時間分辨率為1ms時鐘同步和GPSION 8000系列自帶實(shí)時時鐘，同步源如下：內(nèi)部晶振帶溫度補(bǔ)償功能被測系統(tǒng)的線路頻率(10ppm)，缺省設(shè)置工作時，外部GPS時鐘(1ms精度)，可指定一個通信口專用于GPS同步信號輸入。主站或采集終端網(wǎng)絡(luò)校時?？删幊踢壿嫼投ㄖ翟较捱壿?、數(shù)學(xué)計算功能數(shù)學(xué)運(yùn)算功能算術(shù)運(yùn)算 (+, -, , )比較運(yùn)算 (, , , , , )邏輯運(yùn)算(AND,OR,NOT,TRUE, FALSE, IF)三角運(yùn)算 (sin, cos, tan, asin, acos, atan)數(shù)學(xué)運(yùn)算 (pi, sqrt, power, sum, sumsq,

14、avg, rms, log10, ln, max, min)ION 8000系列提供的65個定值越限判斷，響應(yīng)時間達(dá)1秒或1/2周，可用于觸發(fā)：聲光報警遠(yuǎn)傳報警(通過modem/尋呼機(jī))數(shù)據(jù)記錄故障錄波繼電器輸出清除和重設(shè)功能相關(guān)其它定值越限 面板顯示ION 8000系列帶有高亮度背亮式LCD顯示面板，對比度可調(diào)。顯示面板可進(jìn)行工作參數(shù)設(shè)置，并顯示90屏可設(shè)定的數(shù)據(jù)，包括相位和諧波棒圖等。顯示內(nèi)容任意可設(shè)。Demand Reset SwitchAlt/Enter ButtonNavigation ButtonsTest Mode Button (located under front labe

15、l)Master Reset Pinhole(located under front label)Backlit LCD Display安全性ION 8000系列提供高級安全功能，可自動監(jiān)測、記錄：PT斷線、CT斷線PT反相、CT反相最大需量復(fù)位電能表上電、斷電失壓記錄多級權(quán)限ION 8000系列提供多用戶、多級別權(quán)限，多達(dá)16個授權(quán)用戶及從只讀到管理員的多級權(quán)限。自診斷ION 8000系列本身具有強(qiáng)大的自診斷功能，包括硬件、軟件等，告警和錯誤信息能立即在面板上顯示出來。強(qiáng)大的通訊功能多通信口，多通信規(guī)約ION 8000系列提供可同時工作的多個通訊接口和多種標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約。串行通信口1個RS-2

16、32/485口和1個RS-485口可由訂貨時指定(詳見選型表)。通信規(guī)約：ION，DNP 3.0，Modbus RTU，GPS波 特 率：(RS-232) 300115,200bps (RS-485) 30057,600bps紅外數(shù)據(jù)口前面板自帶紅外數(shù)據(jù)口(ANSI C 12.13 Type 2)通信規(guī)約：ION，DNP 3.0，Modbus RTU波 特 率：高達(dá)19,200bps內(nèi)置Modem可選內(nèi)置撥號Modem和ModemGateTM(允許相同串口的其它31個設(shè)備共享內(nèi)置Modem)。通信規(guī)約：ION，DNP 3.0，Modbus RTU波 特 率：高達(dá)33.6kbps以太網(wǎng)口可選10

17、Base-T以太網(wǎng)口和EtherGateTM(允許相同串口的其它31個設(shè)備與以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù))。通信規(guī)約：TCP/IP，ION，Modbus TCPInternet連接MeterMIL帶以太網(wǎng)口的ION 8600B和ION 8600A可以自動發(fā)送e-mail，傳輸報警信息或系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。WebMeterWeb服務(wù)器可直接讀取帶以太網(wǎng)口的ION 8000的各種實(shí)時數(shù)據(jù)、基本電能質(zhì)量參數(shù)，而無需任何的專用軟件。XML兼容性ION 8000支持以標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)XML格式交換信息。WEB（IE 直接瀏覽）可定制的WEB功能可以按照用戶要求設(shè)計界面完全動態(tài)更新的WEB頁Modbus MasterION 8600

18、既可對Modbus子設(shè)備讀數(shù)據(jù)，也可對其寫數(shù)據(jù)。Modbus Master數(shù)據(jù)讀取功能可從Modbus子網(wǎng)中讀取Modbus子設(shè)備(如ION 6200經(jīng)濟(jì)型多功能電能表)的各種數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)保存、報警、顯示。Modbus Master寫數(shù)據(jù)功能可直接向Modbus從設(shè)備發(fā)送控制命令或數(shù)據(jù)，如I/O輸出、復(fù)位參數(shù)等。輸入/輸出ION 8000系列具有可選的本體I/O，包括4個DO和3個DI。ION 8000系列同時還可選擇外置的I/O擴(kuò)展模塊，以滿足用戶多種需求：8 DI / 8 DO4路AO可替代4個A型DO，可選020mA (可測420mA) 和-1+1mA (可測01mA)ION8600系列

19、比較表電能計費(fèi)系統(tǒng)組成北美模式（直采方式）關(guān)口級電能表電能量計量計費(fèi)系統(tǒng)歐洲模式（采集器方式）關(guān)口級電能表采集器電能量計量計費(fèi)系統(tǒng)表計支持采集器支持：浙江創(chuàng)維ERTU-2000C、北京煜邦EDAD2000、廣州科立采集器EAC5000、蘭吉爾FFC、湖南威遠(yuǎn)WEFT-3000、電科院PSM-ID等軟件支持：Itron MV-90ION 8000系列完全與Itron軟件平臺兼容，包括MV-90，MVP，MVLT以及MVCOMM。ION 8000系列是目前世界上唯一的能夠直接以Ethernet連接到MV-90的關(guān)口電能表。蘭吉爾C2000南瑞FPBS-2000采集系統(tǒng)Radian 標(biāo)準(zhǔn)表介紹Rad

20、ian Research是一家長時間致力于研發(fā)、生產(chǎn)電能表標(biāo)準(zhǔn)，校準(zhǔn)設(shè)備，現(xiàn)場檢定設(shè)備的公司其RM系列，尤其是RM-10，在中國得到了廣泛的應(yīng)用RD-3x是其3相標(biāo)準(zhǔn)表系列RD-3X的精度誤差限：RD-30, +/-0.04% 典型值 +/-0.01%RD-31, +/-0.02% 典型值 +/-0.005%RD-33, +/-0.01%.RD-3X的諧波測試精度對于諧波值對于不同的諧波次數(shù)RD-3X有不同的諧波測量精度1st 23rd諧波: RD-30, +/-0.25%RD-31, +/-0.25%RD-33, +/-0.03%24th 64th諧波: RD-30, +/-0.50%RD-

21、31, +/-0.50%RD-33, +/-0.075%偶次和奇次諧波誤差影響：RD-3X外型RD-3X具備很好的便攜性，可靠性，使其成為現(xiàn)場工作的不二選擇444.5 mm (17.5”) 寬172 mm (6.75”) 深131 mm (5.375”)高RD-3X配置表（）測量功能的選擇RD-3X-2xx Whrs, Volts, Amps, Watts, VA, VARs,VARhrs, VAhrs, Qhrs,Phase Angle, Power Factor, FrequencyRD-3X-3xx Whrs, VARhrs, VAhrs, Qhrs, Volts, Amps,Watts

22、, VARs, VA,Vhr, Ahr, V2hr, A2hr, PhaseAngle, Power Factor, FrequencyMin & Max measurements: All indicatingFunctionsRD-3X-4xx Whrs, Volts, Amps, VARhrs, Qhrs, Vahrs,Watts, VARs, VA,Vhr, Ahr, V2hr, A2hr, Phase Angle, PF, FrequencyMin & Max: All indicating functionsAVG response: VAhrs, VA, Volts, Vhrs,

23、 Amps, AhrsRD-3X配置表（）x0 x 無內(nèi)置計算機(jī)，無功率分析，無模擬信號的輸入x1x 有內(nèi)置計算機(jī)（彩色顯示， Windows CE 和 RRMobileSuite軟件）x2x 功率分析 (包括RR-MobileSuite 軟件)(諧波、趨勢和矢量分析)x3x 內(nèi)置計算機(jī)，功率分析x4x 有Volts, Amps, Watts, VARS, VA (最大2mA DC) 模擬信號測試x5x 內(nèi)置計算機(jī)，模擬信號的輸入x6x 功率分析，模擬信號的輸入x7x 內(nèi)置計算機(jī)，功率分析，模擬信號的輸入RD-3X配置表（）xx1 120 Amp (6mm 插口)電流輸入, 架裝式xx2 20

24、0 Amp (螺栓) 電流輸入, 架裝式xx3 120 Amp (6mm插口)電流輸入, 便攜式xx4 200 Amp (螺栓) 電流輸入,便攜式Elspec G4000系列電能質(zhì)量在線監(jiān)測Elspec G4000的特點(diǎn)全時全數(shù)據(jù)記錄得益于大容量閃存卡的普及，使用高速CF卡的G4000系列可以全時全數(shù)據(jù)地記錄現(xiàn)場的所有相關(guān)數(shù)據(jù)高速采樣率高達(dá)1024個點(diǎn)周期可以測量到511次諧波的諧波分析能力12通道250KHz內(nèi)建WEB服務(wù)器提供個高速以太網(wǎng)接口提供個標(biāo)準(zhǔn)USB設(shè)備接口提供個RS-485接口電測相關(guān)概念主要內(nèi)容電壓驟降、驟升及電壓中斷事件電壓波動與閃變IEC標(biāo)準(zhǔn)測量儀器與國標(biāo)的關(guān)系問題有效值測

25、量電壓有效值測量與評估：IEC61000-4-30與EN50160三相不平衡：IEEE與IEC標(biāo)準(zhǔn)算法差異線性、非線性與諧波的產(chǎn)生直流耦合與交流耦合示波表的帶寬、采樣率與真實(shí)帶寬帶寬的選擇及意義FFT及頻譜分析IEC標(biāo)準(zhǔn)諧波分析：FFT譜線的計算波峰因數(shù)：CFFFT分析時間與窗函數(shù)IEC諧波標(biāo)準(zhǔn)：窗函數(shù)的要求、同步采樣對數(shù)刻度（dB）的意義與用途非正弦系統(tǒng)的功率、有效值和諧波捕獲瞬變現(xiàn)象國際標(biāo)準(zhǔn)概述：IEC 61000-4-30對于諧波測量儀器，不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的測量結(jié)果IEC 61000-4-30 級標(biāo)準(zhǔn)對于諧波測量儀器的要求： 目前最新的IEC61000-4-7/2002標(biāo)準(zhǔn)，對諧波計算方

26、法有嚴(yán)格規(guī)定。如時間窗、同步、窗函數(shù)等。50Hz系統(tǒng)的時間窗必須為10個周波（200ms）。舊的標(biāo)準(zhǔn)允許為400ms、320ms或1個周波等時間間隔。例：對波動或快速變化諧波的分析 * 基于1個周期窗口采樣的諧波分析儀器，與400ms窗口測量儀器結(jié)果對比 一臺90t交流電弧爐，用不同窗口寬度（矩形窗）測得的35kV諧波電流值（用英國PA4400高精度電力諧波分析儀，現(xiàn)場實(shí)測記錄）。寬窗口測得的諧波含量明顯減小，特別是偶次諧波（2次，4次）。英國PA4400測量結(jié)果英國PA4400測量結(jié)果* 林海雪：從IEC電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)看電網(wǎng)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)。電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(5)：6467.對用戶的意義：

27、 諧波治理的投資額度 諧波評估結(jié)果的準(zhǔn)確性、一致性、權(quán)威性IEC61000電壓驟降、驟升及電壓中斷事件IEC 61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)捕獲電壓事件驟降：電壓有效值降至額定值的10%90%，持續(xù)時間為0.5個周期至1分鐘。驟升：電壓有效值上升至額定值的110%以上，典型值為額定值的110%180%，持續(xù)時間為0.5個周期至1分鐘。電壓中斷：電壓有效值降至額定值的10%以下，持續(xù)時間0.5個周期至3s為瞬時中斷；持續(xù)時間3s至60s為暫時中斷；持續(xù)時間大于60s為持續(xù)中斷。電壓事件的限值可以由EN50160標(biāo)準(zhǔn)定義或用戶設(shè)定。 電壓驟降：IEEE Std. 1159-1995稱為sag，IEC61

28、000-4-11-1994稱為dips。 電壓驟降事件是破壞電氣系統(tǒng)的主要原因之一。 某美國公司于2005年進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示，98的電壓波動歷時少于2秒，只有2的電壓波動事件（電源斷電）歷時超過15分鐘，并且它們當(dāng)中的大部分都和計劃內(nèi)停機(jī)相關(guān)。 深入分析這些短期的電壓波動，它們幾乎都是電壓驟降。該公司最終得出結(jié)論：在美國和加拿大，大部分的電壓波動都是少于2秒持續(xù)時間的電壓驟降。 EPRI的研究報告顯示，一般的制造業(yè)工廠每年都會遭遇一次均值為12-14V的電壓驟降。 大約一半的電壓驟降事件沒有對生產(chǎn)過程造成影響，另外一半的電壓驟降事件可能導(dǎo)致自動化設(shè)備（例如繼電器，PLC等）產(chǎn)生錯誤輸出和故障

29、。對用戶的意義： 正確分析事故原因,準(zhǔn)確評估電能質(zhì)量例：電壓驟降與驟升。例：電壓中斷。電壓驟降：背景知識電壓驟降，對敏感用電設(shè)備有什么影響？ 例：短時電壓驟降即可導(dǎo)致：計算機(jī)系統(tǒng)紊亂（幅值下降大于10%，持續(xù)時間大于0.1s）變頻調(diào)速設(shè)備跳閘（幅值下降大于15%，持續(xù)時間0.5周波 ） 另：IBM公司統(tǒng)計表明，48.5%的計算機(jī)數(shù)據(jù)丟失是由電壓不合格造成的。電壓驟降問題，如何抑制與解決？ 動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(DVR)是解決電壓質(zhì)量問題的有效措施。例：由異物接觸或雷擊造成的短路故障電壓驟降，是一種新的電能質(zhì)量現(xiàn)象嗎？ 不是。電壓驟降是配電系統(tǒng)中最常見的一種電壓擾動，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障、大容量電動

30、機(jī)啟動、雷擊、開關(guān)操作、變壓器或電容器組投切時，都可能引起電壓驟降。 電壓驟降并不是一個新的電能質(zhì)量問題。由于過去的絕大多數(shù)用電設(shè)備對電壓的短時突然變化不敏感，因此，電壓驟降問題沒有引起人們的關(guān)注。例：清華大學(xué)研制的DVR對電壓驟降的抑制效果電壓驟降，為什么成為近年最受關(guān)注的電能質(zhì)量問題？ 由于目前微處理器控制設(shè)備和電力電子設(shè)備在工業(yè)中的廣泛使用，這些設(shè)備對電壓驟降特別敏感，電壓驟降往往會導(dǎo)致這類設(shè)備損壞或誤動作。例如：變頻調(diào)速設(shè)備、可編程邏輯控制器、各種自動化生產(chǎn)線、計算機(jī)系統(tǒng)等。 在歐洲和美國，電力部門和用戶對電壓驟降的關(guān)注程度比對其他電能質(zhì)量問題的關(guān)注程度要強(qiáng)得多。主要原因是，由電壓驟降

31、引起的用戶投訴占整個電能質(zhì)量問題投訴數(shù)量的80%以上，而由諧波等引起的電能質(zhì)量問題投訴數(shù)量所占不到20%。目前的電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)中，有類似于諧波等面對電網(wǎng)運(yùn)行管理的電壓驟降標(biāo)準(zhǔn)嗎？ 目前還沒有此國標(biāo)。我國的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.11-1999電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù) 電壓暫降、短時中斷和電壓變化的抗擾度試驗(yàn)等同于IEC61000-4-11：1994，該標(biāo)準(zhǔn)是針對用電設(shè)備的抗擾度要求而制定的。 另外，上海、浙江等地區(qū)電網(wǎng)提出的電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（報批文件），已明確要求監(jiān)測驟降等電壓質(zhì)量問題。F430F1760等完全符合IEC61000-4-30的儀器，監(jiān)測電壓驟降等電能質(zhì)量問題，有什么

32、特點(diǎn)與優(yōu)勢？ 傳統(tǒng)的電能質(zhì)量測量儀器將電壓驟降等也作為諧波與閃變現(xiàn)象重復(fù)計算。有學(xué)者提出小波變換法檢測電壓驟降并分析諧波，尚待研究。IEC61000-4-30采用半周期刷新RMS值法檢測電壓驟降，記錄其發(fā)生時刻、持續(xù)時間及幅度，并作出電壓事件標(biāo)記。 電壓波動與閃變閃變：人對變化的亮度的主觀感覺，由于電源電壓有效值的變化引起。 如果電壓變化達(dá)到0.5%，每秒鐘6到8次，就會引起明顯的閃變！閃變算法：由IEC61000-4-15標(biāo)準(zhǔn)定義。 周期性的電壓波動引起的明顯的照明燈的閃爍。 由統(tǒng)計學(xué)上的“燈眼腦”模型測量，該模型反映了大多數(shù)人如何受閃爍的白熾燈影響。原因：電弧爐、軋機(jī)引起的電壓波動。注意：

33、 波動與閃變測量的分類范圍：電壓有效值的變動范圍在10%之內(nèi)。 閃變國際標(biāo)準(zhǔn)從1986年的IEC868，到1996年的IEC61000-3-7，直至2002年的IEC 61000-4-15，算法沒有變化。 限值Pst為1.0，Plt為0.65。 國標(biāo)1990年版電能質(zhì)量 電壓允許波動和閃變，參照日本的 標(biāo)準(zhǔn)制定。 2000年版電能質(zhì)量 電壓波動和閃變，等同于IEC標(biāo)準(zhǔn)。基本測量 Pst：10分鐘短時閃變的的統(tǒng)計描述。1.0的讀數(shù)將會引起50%的人能感覺到的閃變。 Plt：2小時長時間閃變的統(tǒng)計描述。 電壓波動與閃變問題并不會影響電氣設(shè)備（如計算機(jī)及控制設(shè)備、電動機(jī)等）的正常工作。但其引發(fā)的照明

34、燈光閃爍現(xiàn)象，可能會刺激人的視感神經(jīng)。IEC標(biāo)準(zhǔn)測量儀器與國標(biāo)的關(guān)系問題國標(biāo)：現(xiàn)行電能質(zhì)量國標(biāo)主要是諧波、閃變與三相不平衡。 閃變、三相不平衡國標(biāo)與IEC相同。需要注意的是諧波標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)包括兩方面：限值與測量算法。限值：國標(biāo)要求低壓380V諧波THD限值為5%，而IEC標(biāo)準(zhǔn)對中低壓網(wǎng)（35kV）電壓諧波THD限值為8%。 國標(biāo)要求35kV、10kV系統(tǒng)按用戶設(shè)備容量(或最小短路容量)來計算允許注入電網(wǎng)的諧波電流限值。測量算法： 國標(biāo)GB/T 14549-1993：電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波，推薦采用3s平均法，對儀器的采樣與計算周期沒有明確規(guī)定。 與諧波測量儀器有關(guān)的另一個國標(biāo)：GB/T 176

35、26.7-1998，電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)：供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、諧間波的測量和測量儀器導(dǎo)則，等同于IEC 61000-4-7：1991。 電磁兼容國標(biāo)基本上與IEC同步。說明： 電能質(zhì)量分析與測量是一個相對較新而且發(fā)展迅速的領(lǐng)域，隨著該領(lǐng)域研究的深入，IEC標(biāo)準(zhǔn)的修訂與改變是相當(dāng)大的。例如最近幾年的變化： IEC 61000-3-2 V2.1 （或EN 61000-3-2 A14）標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了相應(yīng)的諧波限值與統(tǒng)計方法?，F(xiàn)在已更改為IEC 61000-3-2 V2.2 （或EN61000-3-2 2000）標(biāo)準(zhǔn)。 IEC標(biāo)準(zhǔn)對測量儀器的諧波分析方法也有具體而明確規(guī)定。如目前的IEC 6100

36、0-4-30標(biāo)準(zhǔn)，諧波部分引用IEC 61000-4-7 2002，閃變部分引用IEC 61000-4-15。 相應(yīng)的測量方法，IEC 61000-4-7 1991標(biāo)準(zhǔn)要求儀器的諧波分析計算周期為16個周波。目前的IEC 61000-4-7 2002標(biāo)準(zhǔn)，要求測量儀器諧波分析的計算周期為10個周波（50Hz系統(tǒng)）。 最新頒布的諧波標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-3-2 2005-11 edition 3.0，閃變標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-3-3 2005-10 edition 1.2，已于2006年4月發(fā)表，將于2009年2月起執(zhí)行。有效值測量有效值測量方法 平均整流原理(MEAN)： 正弦波：算術(shù)平均

37、值為零。 平均整流原理測量有效值：絕對值平均，乘1.11倍。 問題：只適用于正弦波。標(biāo)準(zhǔn)正弦波：峰值為Im。有效值測量方法 - 峰值檢測法： 標(biāo)準(zhǔn)正弦波：峰值與有效值的關(guān)系為1.414倍。 以峰值檢測電路測量有效值。表示正弦波的幅度：有效值。 DMM測量的電壓、電流讀數(shù)，就是被測物理量的有效值。 標(biāo)準(zhǔn)電壓220V，也是指供電電壓的有效值。什么是有效值？ 交流電流i通過電阻R在一個周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量與一直流電流I通過同一電阻在同一時間T內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則稱I的數(shù)值為i的有效值則有（方均根值） Root Mean Square，RMS 有效值當(dāng)時有效值有效值測量方法 真有效值原理(True RM

38、S)： 適用于正弦與非正弦波形 例：128點(diǎn)采樣值的有效值計算 例：F1760電壓有效值監(jiān)測算法：10周期、2048個采樣點(diǎn)計算一個RMS值。 電壓有效值測量與評估：IEC61000-4-30與EN50160IEC61000-4-30計算電壓有效值的時間間隔為：200ms(10周期)、3s、10min、2h。200ms有效值： 由10周期內(nèi)采樣到的N個電壓瞬時值作方均根計算。 (每10周期間隔的要求：連續(xù)，無重疊)3s有效值：由3秒內(nèi)得到的上述15個“200ms有效值”作方均根計算。10min有效值：由10分鐘內(nèi)得到的上述200個“3s有效值”作方均根計算。2h有效值：由2小時內(nèi)得到的上述12

39、個“10min有效值”作方均根計算。例：EN50160監(jiān)測與評估230V系統(tǒng)電壓，時間為7天。 每10個周期(200ms)計算一次RMS電壓，由連續(xù)、無重疊的“200ms有效值”作方均根計算，得10min有效值”。7天共有 168 小時 x 6 = 1008 個“10min有效值” 95%的讀數(shù)（958個數(shù)據(jù)）必需在額定值10的范圍之內(nèi)，不能有讀數(shù)高于額定值10%或低于額定值15%。因此，最多有5%的讀數(shù)（50個數(shù)據(jù)）可能會低于207V，但不會低于195.5V?！?0min有效值”不得超出該范圍7天的有效值數(shù)據(jù)，95%必需在此范圍之內(nèi)。國標(biāo)電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差GB12325-9010kV

40、及以下三相： 7%。220V單相：+7%，-10%。國標(biāo)電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波GB/T 14549933s平均、95%概率。三相不平衡：IEEE與IEC標(biāo)準(zhǔn)算法差異IEC標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61000-4-30 5.7 不平衡） （國標(biāo)的說明：本標(biāo)準(zhǔn)適用于交流額定頻率為50Hz的電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下由于負(fù)序分量而引起的公共連接點(diǎn)的電壓不平衡。） 三相不平衡的程度，用電壓負(fù)序分量Vn與正序分量Vp的百分比表示。IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的計算時間為200ms。 三相四線系統(tǒng)： V1、V2、V3為三相電壓基波有效值， 為基波電壓相角。 三相三線系統(tǒng)： V12、V23、V31為線電壓基波有效值。 IEEE定義的方法

41、優(yōu)點(diǎn)：評價三相基波的幅值與相角情況。可能的問題：計算三相基波序分量的有效值，不包含高次諧波。 電網(wǎng)的額定運(yùn)行頻率；規(guī)定電壓不平衡度限值。優(yōu)點(diǎn)：基于通用的RMS計算，使用方便。 包括高次諧波的影響， 適應(yīng)于畸變波形情況 沒有限定基波頻率可能的問題：不包括相角影響IEEE:不平衡度測量結(jié)果 線性、非線性與諧波的產(chǎn)生線性系統(tǒng)：判斷標(biāo)準(zhǔn)：對正弦波輸入的響應(yīng)線性系統(tǒng)特點(diǎn)：輸入正弦波，輸出為同一頻率的正弦波。輸入輸出之間有幅值差異及相移。線性負(fù)載： 電阻性，電感性，電容性等非線性負(fù)載： 內(nèi)含整流電路等。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而出現(xiàn)其他頻率分量，即：諧波。例：整流負(fù)

42、載的非線性諧波產(chǎn)生的原因： 整流負(fù)載的非線性例：半波整流電路的輸出信號例：三相橋式整流電路的非線性（A相電流：THD為99%）（A相電流：THD為31.9%）（電網(wǎng)側(cè)電流：THD為136%）（電網(wǎng)側(cè)電流：典型頻譜）直流耦合與交流耦合 AC耦合 測量輸入信號中AC分量，不包含直流分量。 例：當(dāng)測量一個峰值為2V的正弦波信號的均方根值時，測量結(jié)果顯示為幅值約1.4V的直流波形。右圖。 有效值： 其中，u(t)為輸入信號，T為輸入信號的一個周期。 如果u(t)=Vm sint，其中Vm為峰值，為角頻率，=2f，f為正弦信號的頻率。其均方根值：例：Vm為2V，則均方根值約為1.4V。 DC耦合 測量輸

43、入信號中AC與DC成分。 例：當(dāng)信號為一個2V峰值的正弦波疊加一個1V的直流信號，測量該信號的均方根值時，測量結(jié)果顯示為幅值約1.7V的直流波形。如下右圖所示。 如果直流分量表述為Vdc，交流分量為u(t)=Vm sint，則含有直流分量的正弦信號的DC-RMS均方根值可由下式得出：例：Vdc為1V，Vm為2V，則DC-RMS值約為1.7V。ACDC測量結(jié)果 輸入耦合電路示意圖: 輸入耦合和頻率特性AC耦合：低頻信號和低頻成份不能采樣到。A/D采樣的混疊現(xiàn)象輸入信號(紅色)的頻率f大于fs/2測量結(jié)果：混疊信號（藍(lán)色），頻率為fs-f 對模擬信號進(jìn)行A/D采樣，將出現(xiàn)混疊現(xiàn)象。簡單地說，混疊現(xiàn)

44、象會產(chǎn)生錯誤的信號，而測量儀器如果對這些錯誤的信號進(jìn)行處理，就會得到不正確的結(jié)果。原始輸入信號實(shí)際上不存在的低頻信號采樣點(diǎn)解決方法選擇合適的采樣頻率，fs 2 f max加抗混濾波器，f c f max國標(biāo)對諧波測試的抗混疊要求：f7850Hz，幅值衰減至20%以下問題 如何從抽樣信號中恢復(fù)原連續(xù)信號？在什么條件下才可以無失真地完成這種恢復(fù)作用？“奈奎斯特采樣定理”作出明確面精辟的回答。 Nquist 1928年提出的。采樣率低于輸入信號的頻率時，帶來兩個問題： 輸入信號中的高頻分量不能測量 更嚴(yán)重的是，將會把高頻信號計算成為低頻分量 F1760的頻率特性 低通濾波器一階低通濾波器的頻率響應(yīng)

45、低通濾波器：截止頻率低通濾波器截止頻率位于-3dB處的意義 例如：100MHz正弦波輸入到一臺帶寬為100MHz的示波器中，示波器的測量結(jié)果：幅值將衰減-3dB，約為原始信號幅值的70%。100MHz100MHz1Vp-p700mVp-p圖a 理想的抗混疊濾波器 圖b 實(shí)際的抗混疊濾波器 理想的低通濾波器： 理想的低通濾波器應(yīng)該具有如右邊圖a所示性能，在截止頻率內(nèi)的信號可以無衰減通過，高于截止頻率的信號不能通過。但實(shí)際上這樣的濾波器做不出來。 實(shí)際的濾波器 實(shí)際的濾波器如圖b所示。由于實(shí)際低通濾波器的性能，采樣頻率應(yīng)該取在截止頻率的2.5倍以上，才能消除低頻混疊現(xiàn)象。 例如：為了測量帶寬為10

46、0kHz的信號，采樣頻率應(yīng)該設(shè)為250kHz，而不是奈奎斯特采樣定理所表明的200kHz。在這個例子中，截止頻率fc設(shè)為100kHz，采樣頻率fs設(shè)為250kHz。以保證頻寬從DC到100kHz都沒有混疊現(xiàn)象。消除混疊現(xiàn)象FFT與諧波分析 專業(yè)術(shù)語（名詞） 傅立葉變換、頻譜分析、諧波分析、DFT、FFT、時間域、頻率域 時域分析：波形的光標(biāo)測量，各通道波形的算術(shù)運(yùn)算 頻域分析：線性頻譜、功率譜等 傅立葉級數(shù)：1811年，法國數(shù)學(xué)家傅里葉（J.Fourier,1768-1830）在研究熱傳導(dǎo)理論時發(fā)表了“熱的分析理論”著作，提出并證明了將周期函數(shù)展開為正弦級數(shù)的原理，奠定了傅里葉級數(shù)的理論基礎(chǔ)。

47、 離散傅立葉變換，即DFT。 快速付立葉變換：1965年，柯立杜開（Cooleg-Tukey）研究DFT算法后，發(fā)表了一個新的計算方法?？铝⒍砰_巧妙的利用了復(fù)指數(shù)函數(shù)的周期性和對稱性，充分利用中間運(yùn)算結(jié)果，使計算工作量大大減少了。該法稱為快速付立葉變換法，即FFT。 頻譜分析原理任何波形都可以由多個正弦波疊加而產(chǎn)生。時間域信號的波形實(shí)例 該信號可以由兩個不同頻率的正弦波疊加而成。 生活中的例子：鋼琴和電子琴頻譜分析原理 時域與頻域之間的關(guān)系右圖形象地反映了時域與頻域之間的關(guān)系圖a)為時間、頻率與幅值之間的三維關(guān)系。圖b)為時域圖。圖c)為頻域圖，其中每條線代表了一個正弦波。 頻譜分析示意圖頻譜

48、分析方法 在60年代FFT出現(xiàn)之前，頻譜分析的模擬實(shí)現(xiàn)方法如下所示。右圖a為對同一輸入信號采用一組并聯(lián)的帶通濾波器。帶通濾波器組的輸出幅值就得出了圖b所示的頻譜分析結(jié)果。 頻譜分析儀是濾波器的組合，頻譜分析結(jié)果為一組具有不同中心頻率的帶通濾波器組的輸出。 帶通濾波器的中心頻率：f0 濾波器的帶寬：f2-f1帶通濾波器的高低端截止頻率：f1,f2FFT分析的優(yōu)點(diǎn) 右圖中，從時間域波形圖上看起來就是一個正弦波，無法觀察到其中包含的幅值較小的其他信號成分。但從頻率域圖可以明顯分辨出其中的小信號成分來。 FFT相位分析結(jié)果的重要性 FFT分析的優(yōu)點(diǎn) 頻譜分析或諧波分析結(jié)果中，不僅有幅值頻譜，還有相位頻

49、譜。下圖顯示出，由三個正弦波合成的波形，如果移動其中一個高頻正弦波的相位，則合成波形與原始波形的差異就非常大。 IEC諧波標(biāo)準(zhǔn)對A類測試儀器的諧波相位測量誤差有相關(guān)精度要求。典型信號的頻譜正弦波、方波、暫態(tài)過程、脈沖信號的頻譜。IEC標(biāo)準(zhǔn)諧波分析：FFT譜線的計算50Hz：采樣率fs為10.24KS/s, 窗口時間200ms, FFT數(shù)據(jù)點(diǎn)N為2048。 頻率分辨率：f=fs/N=5Hz 諧波階次：DC，150次 間諧波階次：149次YES NO 諧波次數(shù)nn+1n+2n+3諧波 subgroup n+1間諧波subgroup n+2,5DFT 輸出諧波次數(shù)nn+1n+2n+3DFT 輸出S3

50、00 Hz350 Hz325 Hz 如何對FFT 譜線求方均根值來計算諧波和間諧波？ IEC 61000-3-2 V.2002 FFT分析窗口：10周期(約200ms) （RMS、不平衡計算時間） 電力線載波（PLC）通信： 使用普通電力線為載體，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。利用電力通訊可以實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)、電話、有線電視、電力網(wǎng)四網(wǎng)合一。國家標(biāo)準(zhǔn)單邊帶電力線載波系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)則GB/T 14430-93與IEC標(biāo)準(zhǔn)相同。 電能質(zhì)量問題中，電力線載波通常被歸納為間諧波。諧波與間諧波算法：IEC 2002版與1991版諧波與間諧波：對FFT譜線的處理方法。IEC 2002版與1991版的區(qū)別。

51、FFT分析時間與窗函數(shù) FFT為什么要加窗函數(shù)？ 泄漏：對有限點(diǎn)數(shù)的波形數(shù)據(jù)作FFT分析與對原始信號的分析結(jié)果存在差異。 對波形的截斷產(chǎn)生了泄漏問題。 使用窗函數(shù)可以減少泄漏。 時間窗的影響 FFT計算基于周期信號，即假定信號一直是重復(fù)性的。 對于暫態(tài)信號沒有問題。但是，如果信號是連續(xù)信號，例如正弦波的情況，F(xiàn)FT分析時數(shù)據(jù)塊的選取就有問題了。如下圖所示，實(shí)際信號是連續(xù)正弦波，如果精確地選定FFT數(shù)據(jù)塊的起點(diǎn)和終點(diǎn)，該取出的數(shù)據(jù)塊能匹配原始波形，分析結(jié)果準(zhǔn)確。FFT分析時間與窗函數(shù)（2） 通常情況下，對于周期性的原始波形，取出的數(shù)據(jù)塊很難保證其原始的周期性。如下圖C所示，F(xiàn)FT分析結(jié)果將認(rèn)為此

52、波形不是正弦波，而是嚴(yán)重畸變、包含很多頻率成分的波形。實(shí)際原始波形（圖a）的頻譜結(jié)果應(yīng)該是一條單線，但從圖b的數(shù)據(jù)塊計算得出的FFT頻譜將完全不同。例：實(shí)際的測量結(jié)果。圖a的波形數(shù)據(jù)塊選擇保證了信號的周期性，其分析結(jié)果（圖b）是正確的。圖c的FFT分析結(jié)果為圖d所示，功率擴(kuò)散到整個頻譜段，泄漏非常嚴(yán)重。FFT分析時間與窗函數(shù)（3） 加窗函數(shù)后的結(jié)果 使數(shù)據(jù)塊的起點(diǎn)與終點(diǎn)數(shù)值接近于零，保證數(shù)據(jù)塊對于原始波形的周期性。實(shí)測結(jié)果表明，窗函數(shù)有效地減少了泄漏現(xiàn)象。FFT分析時間與窗函數(shù)（4） 如何選擇窗函數(shù)？ 對于連續(xù)信號，漢寧窗有很好的分析結(jié)果。然而，對于暫態(tài)信號的FFT分析，不能使用漢寧窗或平頂窗

53、。如下圖所示，漢寧窗反而丟失了暫態(tài)現(xiàn)象的一些特征。 分析暫態(tài)過程應(yīng)該使用矩形窗。矩形窗相當(dāng)于FFT數(shù)據(jù)塊的選取過程加了幅值為1。下圖a為暫態(tài)過程不加窗時的正確結(jié)果，顯然，暫態(tài)現(xiàn)象中能量應(yīng)該分布在很寬的頻域上。下圖b為暫態(tài)過程使用漢寧窗的情況，結(jié)果看起來更像是一個正弦波的頻譜，這顯然是錯誤的。FFT分析時間與窗函數(shù)（5） 矩形窗：適合于暫態(tài)信號的分析，例如脈沖波形，其幅值在時間窗內(nèi)已完全衰減。從右圖可以看出：矩形窗對連續(xù)信號不合適。其功率譜旁瓣較多，泄漏較大。 漢寧窗：適合于連續(xù)信號的分析，因?yàn)闈h寧窗函數(shù)可以使信號在窗函數(shù)的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)逐步衰減至0。漢寧窗的頻率分析精度較高，但幅值精度較低。從

54、下圖可以看出，對于連續(xù)信號的分析，漢寧窗的功率譜主瓣較窄，即頻率分辨力很強(qiáng)，中心頻率可以準(zhǔn)確定位。 平頂窗：適合于連續(xù)信號的分析，因?yàn)槠巾敶昂瘮?shù)也可以使信號在窗函數(shù)的起點(diǎn)、終點(diǎn)逐步衰減至0。平頂窗的頻率分析精度較低，但幅值精度較高。從下圖可以看出，平頂窗的功率譜主瓣較寬，頻率分辨力較差一些。 正弦波 時間窗積分功率譜與漢寧窗相比，平頂窗降低了頻率分析精度。應(yīng)用總結(jié)：窗函數(shù)的選取原則 使泄漏效應(yīng)最小。 通常做法 暫態(tài)波形、沖擊波形，選擇矩形窗， 連續(xù)函數(shù)波形，選擇漢寧窗或平頂窗。IEC諧波標(biāo)準(zhǔn)與窗函數(shù)、同步采樣窗函數(shù)減少了泄漏現(xiàn)象，但并不能完全消除泄漏。圖a為整周期數(shù)據(jù)點(diǎn)的頻譜。不加權(quán)，無泄漏。

55、圖b為非周期數(shù)據(jù)點(diǎn)加窗函數(shù)的頻譜。有泄漏。 IEC標(biāo)準(zhǔn)要求： 窗函數(shù)為矩形窗。（即FFT數(shù)據(jù)塊不加權(quán)） 諧波分析儀器為基波同步采樣（PLL等） ，10周期數(shù)據(jù)點(diǎn)的時間窗誤差小于0.03%。例：時間窗誤差對諧波分析的影響對數(shù)刻度（dB）的意義與用途問題： 假設(shè)需要測量的畸變分量為0.1%，在一個10cm高的顯示屏上，如果設(shè)置基頻分量（100%）為刻度全長，則諧波分量僅為0.1mm。顯然，這個分量在屏幕上幾乎看不到了。 為了易于同時觀察所有的頻率分量，唯一的做法是改變幅值刻度。對數(shù)幅值刻度可以壓縮大的信號幅值，擴(kuò)展小信號幅值。解決方法： Alexander Graham Bell發(fā)現(xiàn)了人的耳朵對聲

56、音功率大小差別的對數(shù)反應(yīng)。他發(fā)明了單位“貝”，用以測量人的聽覺能力。如今，“分貝”，即“貝”的十分之一，已經(jīng)成為了頻域分析中最常用的單位。 下表所示為分貝值與功率、電壓值之間的關(guān)系。 使用dB刻度，在小信號狀況下，對數(shù)幅值譜可以測量更精確。如下圖所示，基波電壓成分100%即0dB，諧波電壓成分0.1%即-60dB，在一個80dB的顯示圖上，畸變成分表現(xiàn)在刻度的1/4處。而在線性刻度上，畸變成分表現(xiàn)在刻度的1/1000處。例：右圖為一個標(biāo)準(zhǔn)音源信號（1kHz）的諧波分析結(jié)果，采用平頂窗。 圖a為對數(shù)幅值刻度，圖b采用線性幅值刻度。顯然，在圖b中看到的是一個標(biāo)準(zhǔn)的1kHz的正弦波信號，但圖a顯示，

57、信號中還包含有一些2kHz的成分。非正弦系統(tǒng)的功率和諧波 對于正弦、線性負(fù)載，傳統(tǒng)的功率測量方法 DC: W = V * I AC: W Vrms * Irms * cos 對于非正弦系統(tǒng)，寬帶測量儀器、諧波分析儀的功率計算方法： 瞬時功率：p(t) = v(t)i(t) 一周期內(nèi)傳輸至負(fù)載的能量為： 有功功率（瞬時功率在一周期內(nèi)的平均值）： 電壓與電流以諧波形式表示： 以諧波形式表示的有功功率： 利用三角函數(shù)的正交性，整理可得積分結(jié)果： 因此，有功功率為： 結(jié)論：只有電壓與電流同頻率的成分，才能構(gòu)成負(fù)載的平均有功功率。 總有功功率直流分量的功率各次諧波的有功功率 非正弦系統(tǒng)的功率和諧波（2）

58、例1：電壓為基波，電流為三次諧波 計算結(jié)果：瞬時功率曲線 有功功率為零。例2：電壓為三次諧波，電流也是三次諧波，相位相同 瞬時功率曲線 有功功率為0.5。例3：電壓為1st、3rd、5th，電流為1st、5th、7th, 瞬時功率曲線 總有功功率為基波有功功率與5次諧波有功功率之和，此例為0.32。非正弦系統(tǒng)的有效值和諧波非正弦電壓或電流以諧波形式表示：有效值公式：利用三角函數(shù)的正交性，整理可得有效值積分結(jié)果：即結(jié)論：1、總有效值為直流分量及各次諧波分量有效值平方和的方根。 2、諧波分量通常將使有效值增大。 3、諧波，并不一定增大有功功率。正弦波電源電壓，非線性動態(tài)負(fù)載對于正弦波的電源電壓，諧

59、波電流不產(chǎn)生有功功率。但諧波電流使總的有效值增大，從而降低了功率因數(shù)。有功功率：電流有效值：真功率因數(shù)與基波功率因數(shù)的關(guān)系：畸變因數(shù)的定義：比較THD的定義：可知畸變因數(shù)與總諧波畸變THD的關(guān)系：總需量畸變率(TDD)： 以基波為基準(zhǔn)的比值, 用百分?jǐn)?shù)表示。其值為諧波電流的均方根值除以額定需求基波電流(或最大需求基波電流)的均方根值。 (TDD為IEEE 519的要求，考慮了輕載的影響，實(shí)用性較強(qiáng)。例如PWM調(diào)速電機(jī),輕載時THD很大，TDD較?。粷M載時兩者相同。)捕獲瞬變現(xiàn)象電壓波形捕獲的波形包絡(luò)線限值電壓瞬變，包括沖擊型瞬變現(xiàn)象、振蕩瞬變現(xiàn)象。瞬態(tài)：半個周波(10ms)以內(nèi)，瞬變現(xiàn)象。測量

60、與評估方法：與標(biāo)準(zhǔn)正弦波比較。暫態(tài)：從10ms到1min，驟升、驟降與短時電壓中斷事件。測量與評估方法：半周期有效期計算。 包絡(luò)線觸發(fā)電能質(zhì)量相關(guān)概念電能質(zhì)量主要指標(biāo)：電壓偏差；頻率偏差；三相電壓不平衡度；電壓畸變；電壓波動與閃變；暫時過電壓與瞬態(tài)過電壓。低劣電能質(zhì)量的代價鋼鐵廠的非線性、沖擊性和不對稱性負(fù)荷會使公用電網(wǎng)電能質(zhì)量變壞，鋼鐵廠無法正常生產(chǎn)，廢品率上升，一次停電事故會造成數(shù)百萬元至數(shù)千萬元的經(jīng)濟(jì)損失。一次瞬間過電壓及電壓跌落會使微電子工廠或精密加工工廠損失數(shù)百萬元。電氣化鐵路產(chǎn)生的諧波電壓或負(fù)序電壓引起電力系統(tǒng)自動裝置誤動作，會造成大面積停電，損失數(shù)億元人民幣。諧波電壓會使配電系統(tǒng)