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間諧波

鎖定
對週期交流量進行頻域分解,得到頻率不等於基波頻率整數倍的分量。 [4] 
——引自DL/T1198—2013《電力系統電能質量技術管理規定》
交流正弦信號可以分解為不同頻率的正弦分量的線性組合。當正弦波分量的頻率與原交流信號的頻率相同時,稱為基波;當正弦波分量的頻率是原交流信號的頻率的整數倍時,稱為諧波;當正弦波分量的頻率是原交流信號的頻率的非整數倍時,稱為分數諧波,也稱分數次諧波或間諧波。
中文名
間諧波
外文名
inter-harmonics
別    名
分數次諧波或分數諧波
釋    義
非基波頻率整數倍的諧波
產    生
由較大的電壓波動或衝擊性
危    害
放大電壓閃變和干擾等

目錄

間諧波定義

英文(inter-harmonics)
間諧波是指非基波頻率整數倍的諧波。也稱分數次諧波或分數諧波

間諧波簡介

隨着電力電子元件等非線性設備在電力系統中的廣泛應用,由此而產生的諧波對電網的污染也越來越嚴重。諧波問題已引起廣泛關注。通常的諧波一般指頻率為工頻(基波頻率)整數倍的成分,而對非整數倍基波頻率的成分則稱之為間諧波 [1]  。 

間諧波產生

間諧波往往由較大的電壓波動或衝擊性非線性負荷所引起,所有非線性的波動負荷,如電弧焊、電焊機、各種變頻調速裝置、同步串級調速裝置及感應電動機等均為間諧波波源,電力載波信號也是一種間諧波。
在各種電壓等級供電網中都可能出現間諧波。間諧波源主要有靜止頻率變換器,循環換流器,感應電機和電弧設備等。

間諧波危害

間諧波源的特點是放大電壓閃變和干擾,影響電視機畫面,造成感應電動機振動及異常。對於由電容、電感和電阻構成的無源濾波器電路,間諧波可能會被放大,嚴重時會使濾波器因諧波過載而不能正常運行,甚至造成損壞。間諧波的影響和危害等同整數次諧波電壓的影響和危害 [1] 

間諧波分析

通常的諧波測量儀器使用傅立葉變換的方法進行諧波分析,而傅立葉變換的前提是假定所有的週期波形都是相同的,從這個角度講,傅立葉變換只適用於整數次諧波的分析。
對於包含間諧波的信號,每個相鄰週期(基波週期)的信號可能不同,也就是説,信號是變化的,當變化滿足一定的規律時,比如説,每N個基波週期變化重複一次。我們可以將N個基波週期視為一個週期,這樣,信號就是週期信號了。對該週期信號取N個基波週期進行傅里葉變換,可以得到下述表達式:
其中:
當bm≥0時
當bm<0時
ω1為基波角頻率,ω1=2πf1,f1為基波頻率,T1=1/f1為基波週期。
Tw為傅里葉時間窗的寬度(持續時間),Tw=NT1。
c0為直流分量
cm為頻率fm=mf1/N的正弦分量的幅值。當m/N為整數時,該正弦分量為稱為波,噹噹m/N為非整數時,該正弦分量稱為分數次諧波,也就是間諧波。
WP4000變頻功率分析儀可以對傅里葉時間窗的基波週期數進行選擇,當對應的N較大時,可以準確測量間諧波。N越大,可分析的間諧波的頻率越低。
變頻功率分析儀

間諧波限值

IEC61000-3-6對間諧波的發射水平做出了明確的説明,如間諧波電壓水平應低於鄰近諧波水平,並規定為(0.5%~1%)UN。我國根據IEC的相關標準於2009-09-30發佈了《電能質量 公用電網間諧波》國家標準,於2010-06-01開始實施。該規定對間諧波的含量、測量方法和測量儀器的精度做了相關規定 [2] 

間諧波區別

除了直流信號之外,不是純正正弦波的信號,均含有諧波。對於嚴格週期信號,不包含分諧波和間諧波,將信號進行傅里葉變換,可以分解為直流分量和各種不同頻率、不同幅值的正弦波。這些正弦波中,頻率最低的正弦波稱為基波,其它正弦波稱為諧波,所有諧波的頻率均為基波頻率的整數倍。然而,上述情況僅僅在理想情況下存在,原因是任何信號,不可能嚴格的重複出現。實際測量分析時,往往處理的是“準週期信號”,比如説電網的電壓信號,我們都認為其頻率是50Hz,並且,這種認為是可以接受的。對這種信號進行分析,除了包含上述的基波和諧波之外,還有另外一些信號成分,這些信號分量的頻率不是基波的整數倍的信號分量,為了區別於諧波,我們稱其為間諧波。間諧波的頻率與基波頻率之比,稱為間諧波次數,間隙波次數不是整數,一般記為m。當m<1時,這樣的間諧波就稱為分諧波。

間諧波來源

  1. 波動負載所謂間諧波是指非整數倍基波頻率的諧波,這類諧波可以是離散頻譜的或連續頻譜的。根據傅立葉分解理論,週期性的非正弦量只能分解出(或產生)整數次的諧波。實際上許多負載(不論是線性的或是非線性的)是波動的,在這種情況下對於工頻,“週期性”的前提已不存在,因而用傅立葉理論分析的結果不符合或不完全符合實際;
  2. 電弧類負載電弧的伏安特性是高度的非線性而且又是波動的,這類負載主要有工業電弧爐、電弧焊機、具有磁力鎮流器的放電類型的照明。電弧爐在不同工況,有不同的頻譜特性。圖2為電弧爐頻譜示例。從圖中可以看出,除了主要的整數次諧波以外,還有大量間諧波成分,而且熔化期的諧波水平明顯高於精煉期的水平。實際上這類負載是一種特殊的波動負載;
  3. 變頻調速裝置大功率晶閘管交流調速裝置由於技術經濟上的優勢,已基本上取代傳統的直流調速裝置。交流調速分為兩大類,即交—直—交(AC—DC—AC)變頻器和交—交(AC—AC)變頻器。這兩種變頻器使用中在其供電電流中均有諧波成分,產生的諧波頻率fh均和輸出頻率f0有關。可以統一表達為下式[7~8]:fh=(pk±1)f1+lmf0 (3)式中k, m=0,1,2……;l——輸出換換器脈動數,和變頻器負載相數有關的係數,l=6為三相負載,l=2為單相負載;p——輸入換流器脈動數;f1——電源輸入的基波頻率;f0——輸出頻率。可以看出,由於f0的隨意性和可變性(一般f0< f1), 通常就是間諧波 [3] 
參考資料
  • 1.    郝江濤, 劉念, 幸晉渝, et al. 電力系統間諧波分析[J]. 電力自動化設備, 2004, 24(12):36-39.
  • 2.    林海雪. 電力系統中的間諧波問題[J]. 供用電, 2001, 18(3):6-9.
  • 3.    錢昊, 趙榮祥. 基於插值FFT算法的間諧波分析[J]. 中國電機工程學報, 2005, 25(21):87-91.
  • 4.    於坤山,梅桂花,段曉波.電力系統電能質量技術管理規定:中國電力出版社,2013