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时间:2021-07-16
【技术加油站】功率常规测量和谐波分析如何完美结合?

常规测量 vs 谐波测量

 

这里所说的常规测量是指一般的功率参数的测量,比如电压有效值Urms、电流有效值Irms、有功功率P、视在功率S、系统效率等等,

这是我们使用功率分析仪最常用的功能。

 

而谐波测量呢,是相对于常规测量而言的。(对于还不了解什么是谐波的同学,建议先去百度一下,这里篇幅有限,就不展开解释了。)

一般来说,谐波会对电网、用电设备产生不利的影响,因此就需要对谐波的分布和含量进行分析,想办法对超标的谐波含量进行抑制。

比如电力、家电、电动汽车等很多行业都对谐波含量有特定的要求,需要进行谐波分析。

 

谐波分析

 

对于功率分析仪来说,谐波分析是一个重要的功能,但是在计算方法上与前面提到的常规测量有很大的不同,谐波分析要先通过傅里叶

分解(一般是FFT方式)得到各次谐波的值,再分别计算各次谐波的功率参数,计算量相对来说要大很多。

 

 

正是因为计算方法不同且需要占用更多的运算资源,所以早期的功率分析仪是不能同时进行常规测量和谐波分析的。

谐波分析需要打开谐波模式才可以进行,但此时常规测量会受到影响,很多功能受到限制。

 

 

两种测量同时进行(共用的线路滤波器)

 

随着硬件水平的提升和技术的发展,有些功率分析仪可以实现常规测量和谐波分析同时进行,如横河的WT3000以及WT1800

系列功率分析仪,常规测量的参数和谐波分析的结果可以同时显示并且同时保存。例如,在得到电压电流有效值、有功功率和

系统效率的同时,还能同时观察谐波的分布情况。这对分析不同系统状态下谐波的变化有很大帮助。

 

但是,这里也会有一个问题产生——

 

一般的功率分析仪只有一个低通的线路滤波器,用于过滤掉高频干扰或者防止混淆现象的发生。常规测量和谐波分析回路共用这样

一个线路滤波器。有时就很难保证两种测量状态下同时实现高精度.

 

 

 

原因就在于——

 

我们都知道,大功率设备的测试现场会有很多高频噪声,有可能会引入到被测信号中,造成测量结果不准确。

这时需要打开线路滤波器,设置合适的截止频率,滤掉高频噪声。

 

但是对于常规测量和谐波分析来说,他们对滤波器的截止频率的要求是不一样的。常规测量时截止频率不能设置过低,

否则会滤掉信号中的有效成分,造成测量值偏小。所以截止频率只要能滤掉高频干扰即可,如果干扰不大,可以不用打开线路滤波器。

 

而对于谐波分析来说,一般只需要分析到几十次或者100次谐波即可,功率分析仪会用较低的采样率去对电压电流进行采样,

这时系统中的高频成分就有可能因为采样率相对过低而被误当做低频谐波,这被称作混淆现象。这种情况下,就需要将线路滤波器的

截止频率设置更低,防止混淆现象的发生。所以,可以看出常规测量和谐波分析对线路滤波器的要求是不一样的。在共用一个滤波器

的条件下,同步进行常规测量和谐波分析,有可能会牺牲一部分精度。那么有没有办法解决这一矛盾呢?答案是肯定的。

 

 

 

 

两种测量完美结合(独立的线路滤波器)

 

如果常规测量回路和谐波分析回路分别使用一个独立的线路滤波器我们就可以分别设置合适的截止频率,从而保证常规测量和谐波分析都能获得高精度的结果。

这样肯定会增加仪器的开发难度和硬件成本,但却能实现更精准的测量,对于要求较高的测试应用,非常有意义。

 

 

横河最新推出的新一代高精度功率分析仪WT5000就是采用了这样的设计:除输入端的线路滤波器外,还分别为常规测量回路和谐波分析回路增加了独立的线路滤波器

,我们称之为并行通路结构。在这样的并行通路结构下,常规测量和谐波分析可以同步进行,并且都可以获得精度极高的测量结果,实现常规测量和谐波分析的完美结合。

 

 

 

值得一提的是,WT5000两个测量回路中的线路滤波器,其截止频率都可以灵活设定。从100Hz至100kHz的范围,以100Hz的步进值进行任意调节。

这样就可以根据被测信号的频率以及干扰信号的频率设置合适的截止频率,从而获得理想的测量结果。

 

 

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