随着电力电子元件等非线性设备在电力系统中的广泛应用,由此而产生的谐波对电网的污染也越来越严重。谐波问题已引起广泛关注。通常的谐波一般指频率为工频(基波频率)整数倍的成分,而对非整数倍基波频率的成分则称之为间谐波。
间谐波往往由较大的电压波动或冲击性非线性负荷所引起,所有非线性的波动负荷,如电弧焊、电焊机、各种变频调速装置、同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波波源,电力载波信号也是一种间谐波。
在各种电压等级供电网中都可能出现间谐波。间谐波源主要有静止频率变换器,循环换流器,
感应电机和电弧设备等。
间谐波源的特点是放大电压闪变和干扰,影响电视机画面,造成
感应电动机振动及异常。对于由电容、电感和电阻构成的
无源滤波器电路,间谐波可能会被放大,严重时会使滤波器因谐波过载而不能正常运行,甚至造成损坏。间谐波的影响和危害等同整数次谐波电压的影响和危害。
通常的谐波测量仪器使用
傅立叶变换的方法进行谐波分析,而傅立叶变换的前提是假定所有的周期波形都是相同的,从这个角度讲,傅立叶变换只适用于整数次谐波的分析。
对于包含间谐波的信号,每个相邻周期(基波周期)的信号可能不同,也就是说,信号是变化的,当变化满足一定的规律时,比如说,每N个基波周期变化重复一次。我们可以将N个基波周期视为一个周期,这样,信号就是周期信号了。对该周期信号取N个基波周期进行傅里叶变换,可以得到下述表达式:
cm为频率fm=mf1/N的正弦分量的幅值。当m/N为整数时,该正弦分量为称为
谐波,当当m/N为非整数时,该正弦分量称为分数次谐波,也就是间谐波。
WP4000变频功率分析仪可以对傅里叶时间窗的基波周期数进行选择,当对应的N较大时,可以准确测量间谐波。N越大,可分析的间谐波的频率越低。
IEC61000-3-6对间谐波的发射水平做出了明确的说明,如间谐波电压水平应低于邻近谐波水平,并规定为(0.5%~1%)UN。我国根据IEC的相关标准于2009-09-30发布了《电能质量 公用电网间谐波》国家标准,于2010-06-01开始实施。该规定对间谐波的含量、测量方法和测量仪器的精度做了相关规定。
除了直流信号之外,不是纯正正弦波的信号,均含有谐波。对于严格周期信号,不包含分谐波和间谐波,将信号进行傅里叶变换,可以分解为直流分量和各种不同频率、不同幅值的正弦波。这些正弦波中,频率最低的正弦波称为基波,其它正弦波称为谐波,所有谐波的频率均为基波频率的整数倍。然而,上述情况仅仅在理想情况下存在,原因是任何信号,不可能严格的重复出现。实际测量分析时,往往处理的是“
准周期信号”,比如说电网的电压信号,我们都认为其频率是50Hz,并且,这种认为是可以接受的。对这种信号进行分析,除了包含上述的基波和谐波之外,还有另外一些信号成分,这些信号分量的频率不是基波的整数倍的信号分量,为了区别于谐波,我们称其为间谐波。间谐波的频率与基波频率之比,称为间谐波次数,间隙波次数不是整数,一般记为m。当m<1时,这样的间谐波就称为分谐波。