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          EEPW首頁(yè) > 工控自動(dòng)化 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀在諧波檢測(cè)中的應(yīng)用

          凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀在諧波檢測(cè)中的應(yīng)用

          作者: 時(shí)間:2013-11-28 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀作為數(shù)據(jù)采集工具,通過(guò)對(duì)諧波、間諧波和高頻諧波的實(shí)驗(yàn)分析,驗(yàn)證諧波函數(shù)和采用PCI-9846作為分析采集工具的可行性和正確性。同時(shí),PCI-9846高達(dá)20MHz寬動(dòng)態(tài)范圍輸入信號(hào)處理能力,在處理電力系統(tǒng)的高頻諧波中也得到了充分發(fā)揮。

          1、應(yīng)用背景

          1.1電力系統(tǒng)諧波及劃分

          諧波干擾一般由非線(xiàn)性電壓或電流特性的設(shè)備產(chǎn)生。電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意,當(dāng)時(shí)在德國(guó),由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。目前,電力系統(tǒng)的諧波電壓源和電流源可以分為以下三類(lèi)設(shè)備:磁芯設(shè)備,如變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等;電弧爐、弧焊機(jī)、高壓放電管等;電子設(shè)備和電力電子設(shè)備。

          在實(shí)際的電網(wǎng)系統(tǒng)中,由于有非線(xiàn)性負(fù)荷的存在,當(dāng)電流流過(guò)與所加電壓不呈線(xiàn)性關(guān)系的負(fù)荷時(shí),就形成非正弦電流。這種非正弦周期性波形可傅立葉級(jí)數(shù)分解為一個(gè)基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波,諧波頻率是基頻的整倍數(shù)電網(wǎng)中有時(shí)也存在間諧波、次諧波和高頻諧波。諧波實(shí)際上是一種干擾量,使電網(wǎng)受到污染

          在電磁兼容EMC中(ElectroMagneticCompatibility)定義低頻范圍(09kHz)。諧波、間諧波、次諧波以及高頻諧波劃分如下表。

          1諧波與頻率范圍

          諧波與頻率范圍

          1.2諧波危害

          諧波的危害,是全面的、深層次的,比如:

          1)諧波對(duì)電網(wǎng)中變壓器、電容器組、線(xiàn)路和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的危害,主要是引起設(shè)備故障、附加損耗、發(fā)熱以及降低設(shè)備的使用壽命。

          2)諧波會(huì)造成保護(hù)系統(tǒng)和控制電路的誤動(dòng)作。諧波在電網(wǎng)中引起的諧振,會(huì)造成諧波電壓升高,諧波電流增大,造成設(shè)備損壞和引起繼電保護(hù)和控制電路的誤動(dòng)。如諧波在負(fù)序(基波)量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的干擾,會(huì)影響各種以負(fù)序?yàn)V過(guò)器為啟動(dòng)元件的保護(hù)及自動(dòng)裝置系統(tǒng)。

          3)諧波會(huì)造成測(cè)控儀表的不精確,不僅影響計(jì)量的準(zhǔn)確性,而且對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

          4)諧波超過(guò)一定程度,不僅影響電子設(shè)備的正常工作,還會(huì)對(duì)其造成損壞。如,諧波會(huì)縮短白熾燈的壽命和引起熒光燈故障。

          1.3諧波檢測(cè)方法

          諧波檢測(cè)的精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度與檢測(cè)方法密切相關(guān),諧波檢測(cè)方法的發(fā)展方向是高精度、高速度和高實(shí)時(shí)性,目前常見(jiàn)的諧波檢測(cè)方法按原理可分為:

          1)基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)方法,較多的是采用DFTFFT獲取各次諧波信號(hào)的幅值、頻率和相位。在測(cè)量時(shí)間是信號(hào)周期的整數(shù)倍并滿(mǎn)足采樣定理的情況下,DFTFFT檢測(cè)精度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、使用方便,但由于計(jì)算量大,實(shí)時(shí)性受限制,對(duì)非整數(shù)次諧波的檢測(cè)存在頻譜泄漏和柵欄現(xiàn)象等缺點(diǎn),為了減小頻譜泄漏,常用的方法是在諧波分析運(yùn)算前增加窗函數(shù)。

          2)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)方法,目前已有多種采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測(cè)方法提出。目前對(duì)人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的研究很多是仿真性研究,其硬件實(shí)現(xiàn)的研究還是一個(gè)比較薄弱的環(huán)節(jié),其實(shí)用價(jià)值還待進(jìn)一步發(fā)展。

          3)基于小波分析的諧波檢測(cè)方法,小波分析作為時(shí)域分析的重要工具,克服了傅里葉分析在頻域完全局部化而在時(shí)域完全無(wú)局部化的缺點(diǎn),在頻域和時(shí)域同時(shí)具有局部性,能算出某一特定時(shí)間的頻率分布并將各種不同頻率組成的頻譜信號(hào)分解成不同頻率的信號(hào)塊。

          4)基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)方法,目前廣泛應(yīng)用在有源電力濾波器方案中,其實(shí)時(shí)性好,延時(shí)小,如在檢測(cè)諧波電流時(shí),因被檢測(cè)對(duì)象電流中諧波的構(gòu)成和采用濾波器的不同,會(huì)有不同的延時(shí),但延時(shí)最多不超過(guò)一個(gè)電源周期。對(duì)于電網(wǎng)中典型三相整流橋諧波源,其檢測(cè)的延時(shí)約為1/6周期,具有很好的實(shí)時(shí)性。

          5)自適應(yīng)諧波檢測(cè)方法,自適應(yīng)能力好,能較好跟蹤檢測(cè)且精度較高,但動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢,目前針對(duì)自適應(yīng)諧波檢測(cè)方法的研究不僅在軟件仿真方面,而且在硬件電路實(shí)現(xiàn)上日益深入。

          6)模擬濾波器法,作為早期的諧波電流檢測(cè)方法,由于難設(shè)計(jì)、誤差大、對(duì)電網(wǎng)頻率波動(dòng)和電路元件參數(shù)敏感等,目前已很少使用。常用的模擬濾波器方法有,通過(guò)濾波器去除基波分量,得到諧波分量或使用帶通濾波器得出基波分量,再與被檢測(cè)電流相減后得到諧波電流分量。

          2、面臨問(wèn)題

          隨著新能源的發(fā)展和大量新技術(shù)新產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,精確測(cè)量諧波含量和科學(xué)分析諧波影響,不僅為諧波的進(jìn)一步治理提供依據(jù),而且也為電力系統(tǒng)的和諧發(fā)展提供保障。

          下面簡(jiǎn)單介紹,光伏并網(wǎng)發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電氣化鐵路以及電動(dòng)汽車(chē)充電站中的諧波狀況,初步分析新能源和新技術(shù)的應(yīng)用,使電力系統(tǒng)面臨更嚴(yán)峻的諧波問(wèn)題。

          2.1光伏并網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電的諧波影響

          光伏發(fā)電的并網(wǎng)逆變器易產(chǎn)生諧波、三相電流不平衡;同時(shí),輸出功率不確定性易造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)、閃變。在已并網(wǎng)的光伏示范工程中,10kV接入、400V接入以及220V接入電網(wǎng)系統(tǒng),都檢測(cè)到諧波電流總畸變率偏高的問(wèn)題,且隨著容量的增大,諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響將進(jìn)一步加大。

          風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)電機(jī)組中變頻器的有限開(kāi)關(guān)頻率使得風(fēng)電機(jī)組輸出電流發(fā)生畸變,除了一些符合變頻器基本規(guī)律的諧波外,某些特定的諧波也經(jīng)常出現(xiàn),如當(dāng)采用兩種極對(duì)數(shù)的發(fā)電機(jī)時(shí),發(fā)電機(jī)極數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生間諧波,當(dāng)電網(wǎng)阻抗不平衡產(chǎn)生的非特征諧波,以及風(fēng)電系統(tǒng)諧振效應(yīng)引起的諧波等。

          下圖為某一220kV并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)一天的電流值曲線(xiàn),線(xiàn)電壓值曲線(xiàn)以及電壓總諧波畸變率曲線(xiàn)。

          1-a為某風(fēng)電場(chǎng)一天的電流值曲線(xiàn),橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為電流值(A);1-b為某風(fēng)電場(chǎng)一天的線(xiàn)電壓值曲線(xiàn)圖,橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為線(xiàn)電壓值(V);1-c為某風(fēng)電場(chǎng)一天電壓總諧波含有率曲線(xiàn)圖,橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為電壓總諧波畸變率(%)。

          某風(fēng)電場(chǎng)一天電流值曲線(xiàn)
          1-
          a某風(fēng)電場(chǎng)一天電流值曲線(xiàn)

          某風(fēng)電場(chǎng)一天線(xiàn)電壓值曲線(xiàn)圖
          1-b某風(fēng)電場(chǎng)一天線(xiàn)電壓值曲線(xiàn)圖

          某風(fēng)電場(chǎng)一天電壓總諧波畸變率曲線(xiàn)圖
          1-c某風(fēng)電場(chǎng)一天電壓總諧波畸變率曲線(xiàn)圖
          1某一220kV并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)曲線(xiàn)

          2.2 電氣化鐵路諧波影響

          近年來(lái),我國(guó)電氣化鐵路發(fā)展十分迅速。到2020年,全國(guó)鐵路規(guī)劃營(yíng)業(yè)里程將達(dá)到12萬(wàn)公里以上,鐵路電化率將達(dá)到60%以上。未來(lái)幾年,將是鐵路建設(shè)的高峰,電氣化鐵路建設(shè)進(jìn)入歷史上發(fā)展最快的時(shí)期。

          通過(guò)對(duì)已運(yùn)行電氣化鐵路的電能質(zhì)量檢測(cè)(主要是交直型機(jī)車(chē)電氣化鐵路),電氣化鐵路運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要有以下幾個(gè)方面:

          1)注入系統(tǒng)的諧波電流普遍超標(biāo),而且3次諧波超標(biāo)比較嚴(yán)重;造成了部分供電變電站的110kV母線(xiàn)電壓THD值超標(biāo),同時(shí)隨著諧波在系統(tǒng)中的流動(dòng),還使得部分35kV10kV母線(xiàn)電壓THD值超標(biāo),對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成了隱患。

          2)機(jī)車(chē)的不平衡負(fù)荷,對(duì)系統(tǒng)中一些不平衡保護(hù)也會(huì)帶來(lái)一定的影響,可能觸發(fā)零序啟動(dòng)限值,造成故障錄波器的頻繁啟動(dòng),且隨著電鐵負(fù)荷的增加,其中的負(fù)序電流已造成一些電廠(chǎng)的負(fù)序保護(hù)的動(dòng)作。

          3)由于電鐵機(jī)車(chē)負(fù)荷不規(guī)律且頻繁的無(wú)功沖擊,影響無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的正常投運(yùn)率,同時(shí)對(duì)相關(guān)母線(xiàn)的電壓合格率也帶來(lái)一定的影響。

          而上述這些影響,僅限于目前電能質(zhì)量測(cè)試儀器的測(cè)試結(jié)果,如對(duì)諧波的測(cè)試,電能質(zhì)量測(cè)試儀器一般在50次諧波以下,更高次的高頻諧波通常不加以檢測(cè)。而電氣化機(jī)車(chē)中,如目前使用得越來(lái)越廣泛的交--交型機(jī)車(chē),50次甚至更高次以上的高頻諧波比其它類(lèi)型的機(jī)車(chē)產(chǎn)生的多,這些高頻諧波有可能和饋電系統(tǒng)變壓器的漏抗及饋線(xiàn)等分布電容決定的固有諧率發(fā)生諧振,引起高次諧波的放大。這些高頻諧波,不僅對(duì)電力系統(tǒng)有嚴(yán)重影響,而且對(duì)機(jī)車(chē)自身也構(gòu)成危害,如:機(jī)車(chē)主回路、補(bǔ)機(jī)回路誤動(dòng)作,絕緣惡化;ATC回路、有線(xiàn)通信回路雜音干擾;電容器燈具等電力設(shè)備的燒損等。

          下圖是電力系統(tǒng)某一為交直型機(jī)車(chē)牽引站供電的110kV變電站一個(gè)月的電流值曲線(xiàn)和電壓總諧波畸變率曲線(xiàn)。

          2-a為系統(tǒng)變電站一個(gè)月的電流值曲線(xiàn),橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為電流值(A);2-b為系統(tǒng)變電站一個(gè)月的電壓總諧波含有率曲線(xiàn)圖,橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為電壓總諧波畸變率(%)。

          110kV系統(tǒng)變電站電流曲線(xiàn)圖
          2-a110kV系統(tǒng)變電站電流曲線(xiàn)圖

          110kV系統(tǒng)變電站電壓總諧波含有率曲線(xiàn)圖
          2-b110kV系統(tǒng)變電站電壓總諧波含有率曲線(xiàn)圖

          2110kV系統(tǒng)變電站相關(guān)曲線(xiàn)

          由所測(cè)數(shù)據(jù)可知,110kV的電壓總諧波含有率存在超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)含量的現(xiàn)象(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為2%)。

          --交型機(jī)車(chē)的低次諧波有了較大的改善,下圖是電力系統(tǒng)某一為交--交型機(jī)車(chē)牽引站供電的220kV系統(tǒng)變電站一個(gè)時(shí)段的電流值曲線(xiàn)和電壓總諧波畸變率曲線(xiàn)。

          3-a為系統(tǒng)變電站一個(gè)時(shí)段的電流值曲線(xiàn),橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為電流值(A);

          3-b為系統(tǒng)變電站一個(gè)時(shí)段的電壓總諧波含有率曲線(xiàn)圖,橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為電壓總諧波畸變率(%)。


          3-a220kV系統(tǒng)變電站電流曲線(xiàn)圖

          220kV系統(tǒng)變電站電壓總諧波畸變率曲線(xiàn)圖
          3-b220kV系統(tǒng)變電站電壓總諧波畸變率曲線(xiàn)圖
          圖3220kV系統(tǒng)變電站相關(guān)曲線(xiàn)

          根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù),交-直-交機(jī)車(chē)的低次諧波得到很大的改善,為交-直-交型機(jī)車(chē)牽引站供電的220kV變電站電壓諧波含有率基本滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為2%)。但考慮目前諧波測(cè)試儀器一般僅測(cè)試50次諧波以下,更高次的高頻諧波情況無(wú)法獲知。

          2.3電動(dòng)汽車(chē)充放電站諧波影響

          電動(dòng)汽車(chē)作為節(jié)能、環(huán)保新型交通工具,發(fā)展迅速,隨之而來(lái)的,投運(yùn)的電動(dòng)汽車(chē)充放電站也越來(lái)越多。動(dòng)力電池充電站屬于非線(xiàn)性負(fù)荷,接入系統(tǒng)后會(huì)使電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。

          下表為某一電動(dòng)汽車(chē)充放電站在穩(wěn)定工作時(shí),注入低壓側(cè)母線(xiàn)諧波電流含有率(三相統(tǒng)計(jì)值,取95%概率大值,所選數(shù)據(jù)為檢測(cè)數(shù)據(jù)中的典型值)參見(jiàn)下表。

          表2諧波電流含有率

          注*:系統(tǒng)在不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),3次諧波電流含有率變動(dòng)較大。

          檢測(cè)結(jié)果顯示,此電動(dòng)汽車(chē)充放電站為6脈動(dòng)不控整流負(fù)荷,其中次諧波為其特征諧波,。同時(shí),含有少量非特征次諧波。

          3、解決方案

          3.1諧波分析理論

          電網(wǎng)電壓信號(hào)是不斷波動(dòng)的,其中除了基波和直流分量、整數(shù)次諧波,還有間諧波、次諧波以及高頻諧波,即使采用跟蹤鎖相技術(shù),也難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步采樣。本文選用基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)這一常用方法來(lái)獲取各次諧波信號(hào)的幅值和頻率。針對(duì)離散傅里葉變換處理后存在的頻譜泄漏,包括長(zhǎng)范圍泄漏和短范圍泄漏,通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)抑制長(zhǎng)范圍泄漏,同時(shí)根據(jù)所選的窗函數(shù)的形式對(duì)頻率、幅值等進(jìn)行插值修正,達(dá)到彌補(bǔ)短范圍泄漏造成的誤差。

          電力系統(tǒng)諧波分析中常用基于余弦窗的組合窗,這類(lèi)窗當(dāng)選取時(shí)間是信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí),窗頻譜在各次整數(shù)倍諧波頻率處幅值為零,即使系統(tǒng)信號(hào)頻率在小范圍波動(dòng),其泄漏也較小。常用的窗,如Hanning窗、Blackman窗等,主瓣寬度大,旁瓣幅值衰減快,頻譜分辨力降低,頻譜計(jì)算精度提高;而Haming窗等,旁瓣幅值一定時(shí)具有最小主瓣寬度,頻譜分辨力提高,頻譜精度降低,矩形窗具有最窄主瓣但其旁瓣幅值最大;還有折中的如Rife-Vincent(III)窗等。

          余弦窗的窗函數(shù)表達(dá)式為:

          當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N=64時(shí),矩形窗、Hanning窗、Hamming窗和Blackman窗在時(shí)域和頻域的幅頻特性如下圖。


          4-a矩形窗、Hanning窗幅頻特性曲線(xiàn)


          4-bHamming窗、Blackman窗幅頻特性曲線(xiàn)
          圖4常見(jiàn)窗函數(shù)在時(shí)域和頻域的幅頻特性

          根據(jù)所需的精度,選擇項(xiàng)數(shù)。諧波的幅值修正公式及思路可參見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)。

          本文采用Blackman窗和文獻(xiàn)[7]中兩根譜線(xiàn)加權(quán)平均的方法修正幅值等方法,對(duì)采集的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波分析。

          3.2實(shí)驗(yàn)

          實(shí)驗(yàn)使用的諧波源為FLUKE6100A,它用來(lái)校準(zhǔn)一些檢測(cè)儀器的電功率標(biāo)準(zhǔn)源。使用FLUKE6100A可以生成不規(guī)則的電能質(zhì)量現(xiàn)象,如電壓諧波,間諧波,波動(dòng)諧波,閃變以及電壓暫升和暫降。

          數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀,ADLINK的PCI-9846板卡是高達(dá)40MS/s的采樣率16位4通道數(shù)字化轉(zhuǎn)換器,可采集高達(dá)20MHz寬動(dòng)態(tài)范圍輸入信號(hào)。能很好地處理電力系統(tǒng)的高頻諧波。

          在Matlab中建立板卡采樣設(shè)置函數(shù)和諧波分析函數(shù),相關(guān)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果如下。

          1)諧波

          (a)FLUKE6100A以主頻50Hz,幅值1V,疊加3次諧波,幅值10%(與主頻幅值相比);7次諧波,幅值5%;9次諧波,幅值1%。

          主頻50Hz時(shí),PCI-9846采樣諧波數(shù)據(jù)輸出波形如下圖。

          諧波采樣輸出波形
          圖5主頻50Hz諧波采樣輸出波形

          通過(guò)諧波分析函數(shù),各次諧波的頻率及幅值如下表。

          表3主頻50Hz諧波頻率幅值表

          主頻50Hz諧波分析輸出波形參見(jiàn)下圖。

          諧波分析輸出波形
          圖6主頻50Hz諧波分析輸出波形

          (b)FLUKE6100A以主頻51Hz,幅值1V,疊加3次諧波,幅值10%;7次諧波,幅值5%;9次諧波,幅值1%。

          主頻51Hz時(shí),PCI-9846采樣諧波數(shù)據(jù)輸出波形如下圖。

          51Hz諧波采樣輸出波形
          圖7主頻51Hz諧波采樣輸出波形

          通過(guò)諧波分析函數(shù),各次諧波的頻率及幅值如下表。

          表4主頻51Hz諧波頻率幅值表

          主頻51Hz諧波分析輸出波形參見(jiàn)下圖。

          諧波分析輸出波形
          圖8主頻51Hz諧波分析輸出波形

          2)間諧波

          (a)FLUKE6100A以主頻50Hz,幅值1V,疊加85Hz間諧波,幅值10%;121Hz間 諧波,幅值10%。

          主頻50Hz時(shí),PCI-9846采樣間諧波數(shù)據(jù)輸出波形如下圖。

          間諧波采樣輸出波形
          圖9主頻50Hz間諧波采樣輸出波形

          通過(guò)諧波分析函數(shù),間諧波的頻率及幅值如下表。

          表5主頻50Hz間諧波頻率幅值表

          主頻50Hz間諧波分析輸出波形參見(jiàn)下圖。

          諧波分析輸出波形|
          圖10主頻50Hz間諧波分析輸出波形

          (b)FLUKE6100A以主頻51Hz,幅值1V,疊加85Hz間諧波,幅值10%;121Hz間諧波,幅值10%。

          主頻51Hz時(shí),PCI-9846采樣間諧波數(shù)據(jù)輸出波形如下圖。

          諧波采樣輸出波形
          圖11主頻51Hz間諧波采樣輸出波形

          通過(guò)諧波分析函數(shù),間諧波的頻率及幅值如下表。

          表6主頻51Hz間諧波頻率幅值表

          主頻51Hz間諧波分析輸出波形參見(jiàn)下圖。

          諧波分析輸出波形
          圖12主頻51Hz間諧波分析輸出波形

          3)高頻諧波

          (a)FLUKE6100A以主頻50Hz,幅值1V,疊加82次諧波,幅值10%;95次諧波,幅值5%。

          主頻50Hz時(shí),PCI-9846采樣高頻諧波數(shù)據(jù)輸出波形如下圖。

          諧波采樣輸出波形
          圖13主頻50Hz高頻諧波采樣輸出波形

          通過(guò)諧波分析函數(shù),各次諧波的頻率及幅值如下表。

          表7主頻50Hz高頻諧波頻率幅值表

          主頻50Hz高頻諧波分析輸出波形參見(jiàn)下圖。

          高頻諧波分析輸出波形
          圖14主頻50Hz高頻諧波分析輸出波形

          (b)FLUKE6100A以主頻51Hz,幅值1V,疊加82次諧波,幅值10%;95次諧波,幅值5%。

          主頻51Hz時(shí),PCI-9846采樣高頻諧波數(shù)據(jù)輸出波形如下圖。

          高頻諧波采樣輸出波形
          圖15主頻51Hz高頻諧波采樣輸出波形

          通過(guò)諧波分析函數(shù),各次諧波的頻率及幅值如下表。

          表8主頻51Hz高頻諧波頻率幅值表

          主頻51Hz高頻諧波分析輸出波形參見(jiàn)下圖。

          諧波分析輸出波形
          圖16主頻51Hz高頻諧波分析輸出波形

          由于PCI-9846高速數(shù)字化儀可采集高達(dá)20MHz寬動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào),且板上支持512MB的存儲(chǔ),方便同時(shí)分析電力系統(tǒng)中各種頻率信號(hào),包括各次諧波、間諧波、高頻諧波以及次諧波,限于篇幅,不再贅述。

          4、小結(jié)

          針對(duì)電力系統(tǒng)中越來(lái)越嚴(yán)峻的諧波問(wèn)題,文中采用傳統(tǒng)的FFT加Blackman窗函數(shù)獲取各次諧波信號(hào)的幅值和頻率。用加窗函數(shù)的辦法減小頻譜泄漏,通過(guò)插值消除柵欄效應(yīng)引起的誤差。克服非整數(shù)次諧波檢測(cè)存在頻譜泄漏和柵欄現(xiàn)象等缺點(diǎn)。通過(guò)在Matlab中建立板卡采樣設(shè)置函數(shù)和諧波分析函數(shù),對(duì)FLUKE6100A電功率標(biāo)準(zhǔn)源產(chǎn)生的諧波、間諧波和高頻諧波等,以凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀作為數(shù)據(jù)采集工具,通過(guò)對(duì)諧波、間諧波和高頻諧波的實(shí)驗(yàn)分析,驗(yàn)證諧波函數(shù)和采用PCI-9846作為分析采集工具的可行性和正確性。同時(shí),PCI-9846高達(dá)20MHz寬動(dòng)態(tài)范圍輸入信號(hào)處理能力,在處理電力系統(tǒng)的高頻諧波中也得到了充分發(fā)揮。

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