本文導(dǎo)讀

在電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電能質(zhì)量問(wèn)題日益凸顯。其中，諧波作為一種常見(jiàn)的電力污染，已經(jīng)成為許多行業(yè)無(wú)法忽視的“隱形殺手”。本文將深入探討諧波的本質(zhì)特征，并介紹致遠(yuǎn)儀器PA系列功率分析儀的諧波測(cè)量功能與技術(shù)特點(diǎn)。

認(rèn)識(shí)諧波：電力系統(tǒng)中的“不和諧音”

諧波是指電流中所含有的頻率為基波頻率整數(shù)倍的分量。如果把電力系統(tǒng)中的基波電流比作一首樂(lè)曲的主旋律，那么諧波就是這首樂(lè)曲中不和諧的雜音。在我國(guó)，電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率是50Hz，那么2次諧波就是100Hz，3次諧波是150Hz，以此類(lèi)推，如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)諧波諧波通常是由非線性負(fù)載產(chǎn)生的，這些負(fù)載的電流波形與施加的電壓波形不一致，導(dǎo)致電流發(fā)生畸變。這就好比水流通過(guò)一個(gè)不規(guī)則形狀的管道后，會(huì)產(chǎn)生漩渦和湍流一樣。

諧波從哪里來(lái)？探尋諧波的產(chǎn)生根源

現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，諧波主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：

變頻器、整流器、逆變器等電力電子裝置是現(xiàn)代工業(yè)中最大的諧波源。這些設(shè)備通過(guò)快速開(kāi)關(guān)操作來(lái)調(diào)整電力參數(shù)，但同時(shí)也產(chǎn)生了大量的諧波；

電弧爐、電焊機(jī)、熒光燈、UPS電源等。這些設(shè)備在工作時(shí)會(huì)繪制非正弦波形的電流，從而導(dǎo)致諧波產(chǎn)生；

鐵芯飽和時(shí)的非線性磁化特性也會(huì)產(chǎn)生諧波，尤其是在過(guò)電壓情況下更為明顯；

計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、服務(wù)器等IT設(shè)備雖然單臺(tái)產(chǎn)生的諧波很小，但大量集中使用時(shí)會(huì)形成可觀的諧波污染。

諧波的危害：不可小覷的“電力殺手”

諧波污染對(duì)電力系統(tǒng)和用電設(shè)備造成的危害是多方面的：

增加設(shè)備損耗：諧波電流會(huì)導(dǎo)致變壓器、電機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生額外的銅損和鐵損，降低設(shè)備效率，增加運(yùn)行成本。

引發(fā)過(guò)熱故障：諧波電流可能引起中性線過(guò)載、電纜過(guò)熱，甚至引發(fā)火災(zāi)事故。在三相四線制系統(tǒng)中，三次諧波及其倍數(shù)次諧波會(huì)在中性線上疊加，導(dǎo)致中性線電流異常增大。

干擾保護(hù)裝置：諧波可能導(dǎo)致繼電器、斷路器等保護(hù)裝置誤動(dòng)作或拒動(dòng)，影響供電可靠性。

• 影響通信系統(tǒng)：電力線路中的諧波可能對(duì)附近的通信線路產(chǎn)生干擾，影響通信質(zhì)量。

PA系列功率分析儀：諧波測(cè)量的專(zhuān)業(yè)利器

致遠(yuǎn)儀器PA系列功率分析儀集成先進(jìn)的諧波測(cè)量功能，能夠滿足各種復(fù)雜場(chǎng)景下的諧波測(cè)試需求。

圖2 PA8000功率分析儀

雙重測(cè)量模式：滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景

1、 三種常見(jiàn)諧波測(cè)量

PA系列功率分析儀提供常規(guī)諧波、諧波、IEC諧波三種模式。

常規(guī)諧波測(cè)量：在該測(cè)量模式下，可同時(shí)使用積分、波形顯示、趨勢(shì)顯示和效率運(yùn)算等功能，并測(cè)量帶寬內(nèi)所有頻率成分的電壓/電流有效值，如圖3所示，為常規(guī)諧波測(cè)試；

圖3 常規(guī)諧波測(cè)量

諧波測(cè)量：在該測(cè)量模式下，可對(duì)1kHz基波頻率信號(hào)進(jìn)行多達(dá)255次的諧波測(cè)量，擁有PLL源進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)基波頻率高于商用電源頻率的信號(hào)進(jìn)行諧波測(cè)量時(shí)，須使用該模式，如圖4所示，為諧波測(cè)試；

圖4 諧波測(cè)量

IEC諧波測(cè)量：按照IEC61000-4-7標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行諧波測(cè)量，使用此模式可以檢查家用電器和辦公自動(dòng)化設(shè)備的諧波是否符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，如圖5所示，為IEC諧波測(cè)試。

圖5 IEC諧波測(cè)量

如表1所示，為三種模式的測(cè)量參數(shù)區(qū)別：

表1 三種諧波測(cè)量模式的區(qū)別

2、 IEEE-1459諧波測(cè)量

PA系列功率分析儀除了支持常規(guī)諧波、諧波、IEC諧波三種測(cè)量模式，還支持IEEE-1459諧波測(cè)量方法。該標(biāo)準(zhǔn)是專(zhuān)門(mén)用于含諧波復(fù)雜環(huán)境下重新定義和分解電功率的理論框架，核心解決“如何公平地計(jì)量諧波污染所帶來(lái)的額外電網(wǎng)負(fù)擔(dān)和能量損耗”。如圖6所示。

圖6 IEEE-1459諧波測(cè)試

專(zhuān)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：為何選擇PA功率分析儀？

高精度測(cè)量：PA系列功率分析儀擁有高達(dá)0.01%認(rèn)證級(jí)功率精度、1ms高速數(shù)據(jù)更新率，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；

寬頻帶響應(yīng)：支持高達(dá)5MHz的帶寬、2MS/s采樣率測(cè)量，能夠準(zhǔn)確捕獲高頻諧波成分。

多通道同步：支持最多7通道同步測(cè)量，滿足復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試需求。

• 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析：內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和導(dǎo)出功能，支持PC端專(zhuān)業(yè)分析的MTA軟件，方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理和報(bào)告生成。

結(jié) 語(yǔ)

諧波污染是現(xiàn)代化電力系統(tǒng)面臨的共同挑戰(zhàn)，精準(zhǔn)的諧波測(cè)量是治理諧波的前提和基礎(chǔ)。致遠(yuǎn)儀器PA系列功率分析儀以其專(zhuān)業(yè)的測(cè)量性能、靈活的操作方式和可靠的結(jié)果輸出，成為電力工程師不可或缺的得力助手。無(wú)論是從事電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備研發(fā)、質(zhì)量檢測(cè)還是故障診斷，PA系列功率分析儀都能提供準(zhǔn)確的諧波數(shù)據(jù)支持，幫助用戶更好地解決電能質(zhì)量問(wèn)題。