光伏發(fā)電站諧波及間諧波相關(guān)概念詳解

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發(fā)布時(shí)間：2014/11/15 22:21:09
作者：AnyWay中國(guó)

　　諧波、間諧波、諧波群、間諧波群、諧波中心子群、間諧波中心子群等諧波相關(guān)概念，經(jīng)常困擾著電能質(zhì)量測(cè)試工程師，本文依據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的NB/T32006-2013光伏發(fā)電站電能質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定，通過傅里葉頻譜對(duì)上述諧波相關(guān)概念進(jìn)行直觀的描述，并給出相關(guān)計(jì)算公式。

　　事實(shí)上，依據(jù)傅里葉變換的相關(guān)描述，對(duì)于周期信號(hào)而言，只存在直流分量、基波及頻率為信號(hào)頻率整數(shù)倍的諧波，根本不存在間諧波，也就不存在間諧波群、間諧波子群等概念，而沒有間諧波、諧波群和諧波中心子群等概念也就沒有存在的價(jià)值。

　　那么，間諧波又是怎么回事呢？

　　請(qǐng)看下述函數(shù)：

包含諧波與間諧波的一個(gè)函數(shù)表達(dá)式

　　顯然，該函數(shù)表示的信號(hào)的周期為200ms，其基波頻率為5Hz，基波有效值為4，該函數(shù)還包含頻率為50Hz，有效值為220的10次諧波。

　　即，該函數(shù)表達(dá)的信號(hào)的頻譜描述為：

　　基波頻率為5Hz，基波有效值為4，包含頻率為50Hz的10次諧波，50Hz諧波有效值為220。

　　從周期信號(hào)傅里葉變換的角度看，上述結(jié)論毫無爭(zhēng)議。

　　但是，當(dāng)我們知道，上述函數(shù)描述的是電網(wǎng)的電壓信號(hào)時(shí)，我們很難接受電網(wǎng)的基波頻率為5Hz，而50Hz是其10次諧波的說法。

　　因?yàn)?，電網(wǎng)的基波頻率為50Hz，已是約定俗成！

　　諧波是指頻率為基波頻率整數(shù)倍的分量，5Hz分量的頻率是50Hz基波頻率的小數(shù)倍（分?jǐn)?shù)倍），我們稱其為分?jǐn)?shù)諧波或間諧波。

　　于是，該函數(shù)表達(dá)的信號(hào)的頻譜描述變?yōu)椋?/span>

　　基波頻率為50Hz，基波有效值為220，包含頻率為5Hz的間諧波，5Hz間諧波有效值為4。

　　上述例子中，從不同角度看問題：

　　基波搖身一變成了間諧波，而諧波成了基波！

　　間諧波和諧波的概念，是理想與實(shí)際的差異導(dǎo)致的我們對(duì)一個(gè)事物采用的不同描述方式。然而，在實(shí)際測(cè)量中，光有諧波和間諧波的概念還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠！

　　實(shí)際電網(wǎng)信號(hào)不是理想的周期信號(hào)，即便是較為嚴(yán)格的周期信號(hào)，測(cè)量前間諧波頻率為未知量。

　　上述原因?qū)е赂道锶~時(shí)間窗很可能不等于信號(hào)的周期（最低頻率間諧波的周期）的整數(shù)倍，也就是很可能不是整周期截?cái)?，而非整周期截?cái)啵厝粠眍l譜泄露，頻譜泄漏后，頻譜上將出現(xiàn)虛假的譜線。這種情況下，單根譜線不能反映真實(shí)情況。

　　于是，我們將一組間諧波的方和根值來反映某個(gè)頻段的間諧波情況，將諧波及諧波兩側(cè)一組間諧波的方和根值來反映某個(gè)頻段的諧波情況，于是，又引入了間諧波群和諧波群的概念，考慮到頻率泄露對(duì)不同間諧波的不同影響，去除諧波群或間諧波群一些特定的間諧波，引出了間諧波中心子群和諧波中心子群的概念。

　　不同的傅里葉時(shí)間窗，將得到不同的頻譜，諧波、間諧波、諧波群、間諧波群、諧波中心子群、間諧波中心子群的計(jì)算結(jié)果也將發(fā)生變化。為了統(tǒng)一衡量標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算上述諧波相關(guān)參量時(shí)，NB/T32006-2013光伏發(fā)電站電能質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程將傅里葉時(shí)間窗固定為200ms。

　　值得注意的是，該規(guī)程規(guī)定測(cè)試帶寬不小于10MHz是沒有道理的。

　　第一、規(guī)程關(guān)注的最高諧波或間諧波頻率為8900Hz。過高的帶寬沒有意義。

　　第二、依據(jù)目前技術(shù)，電壓、電流傳感器的帶寬很難達(dá)到10MHz。

　　第三、規(guī)程規(guī)定的采樣頻率為20kHz，若采用實(shí)時(shí)采樣技術(shù)，帶寬應(yīng)限制在10kHz以內(nèi)，即便采用等效采樣技術(shù)，20kHz采樣率也很難實(shí)現(xiàn)10MHz信號(hào)的復(fù)現(xiàn)。

　　言歸正傳，現(xiàn)在，我們用200ms的傅里葉時(shí)間窗，進(jìn)過傅里葉變換，得到了如下圖所示的，包含1781根譜線的頻譜。

諧波、間諧波及高頻分量頻譜示意圖