供電系統諧波測量與分析

康立學 宗平

摘 要 本文使用位于西北的某一雷達站測得的供電系統的數據，分析評價了該供電系統在諧波方面特點，說明了該供電系統是否在諧波方面滿足了相關的國家標準，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學原理和使用示波器測量供電系統諧波的基本方法。

【關鍵詞】供電系統 諧波測量 快速傅立葉變換

在供電系統中，諧波大大增加了電網中發生諧振的可能性，從而造成很高的過電流或過電壓而引發事故，同時增加附加損耗，降低發電，輸電及用電設備的效率和設備利用率。是電氣設備（如旋轉電機，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，自動裝置，計算機系統，以及許多重點設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，降低信號的傳輸質量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設備。

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

1 畸變波形的基本分析方法

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

表1規定了不同電壓電網的電壓諧波率，從上述規定中，可以看到使用量化的標準來很衡量電網中的諧波率可以有效地控制用電設備對電網電壓的污染。

從表1我們也可以看到，通過對電網中電壓采樣，然后分析不同級諧波在電網電壓中的比重，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

傅里葉級數表示任何周期函數都可以使用正弦函數和余弦函數構成的無群級數來表示，傅里葉級數的概念可以從數學方式上來表示諧波的意義，是我們測量諧波的數學基礎。

復數形式的傅里葉級數：

給定一個周期為T的函數x（t），那么他可以表示為無群級數：

其中，ak可以按下式計算：

3 使用示波器測量供電系統諧波分析方法

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的諧波測量，在不使用專用的諧波分析設備的情況下，我們使用示波器搭配使用10倍的探頭對電網電壓進行采樣，然后通過使用FFT函數計算，在頻域內觀察不同諧波的頻率上的幅值就可以準確的確定諧波的成分。

在三種情況下測試該臺站供電系統電壓諧波率：

（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。三種情況下測量結果由DB轉換成電壓比值，結果如表2所示。

根據電壓總諧波畸變率的定義分別計算油機諧波，UPS諧波，市電諧波的結果為：

油機諧波：5.62%；UPS諧波：0.68%；市電諧波：2.24%。

從測量結果上來看，油機諧波已經超過了國家相關標準規定的5%，而UPS諧波與市電諧波遠遠低于國家的相關標準。

4 使用示波器測量供電系

本文根據某一雷達站供電系統采集的數據，通過使用示波器的FFT功能分析了供電系統的電壓畸變率，現在示波器在FFT方面的由于使用了大規模集成電路實現了硬件快速運算，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確性。

參考文獻

[1]張占松.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業出版社，2006.

[2]趙同賀.開關電源設計與應用實例[M].北京：人民郵電出版社，2007.

作者單位

1.民航寧夏空管分局 寧夏回族自治區銀川市 750009

2.中國移動通信集團寧夏公司銀川分公司 寧夏回族自治區銀川市 750001