諧波分析方法對比

1、諧波分析方法對比儀器儀表商情網(wǎng)：隨著用電設(shè)備的多樣化和復(fù)雜化，線路中諧波的成分也變得越來越豐盛，諧波污染的治理問題也變得越來越麻煩，許多儀器也相應(yīng)推出了諧波測量功能，我們該如何區(qū)別這些諧波的測量辦法并正確地用法他們舉行諧波測量呢？本文將舉行“深究”。在無數(shù)人熟悉里，惟獨用法同步采樣才干舉行精確的諧波分析，其實采納非同步采樣同樣能舉行諧波分析，而且在許多狀況下甚至比同步采樣法更優(yōu)秀。pa功率分析儀提供了常規(guī)諧波、諧波和iec諧波三種諧波測量模式，支持同步和非同步的諧波分析，將兩種分析方式互補用法可提高諧波的分析能力。下面通過其計算辦法的容易，結(jié)合實例研究三種諧波模式的用法。諧波測量基本原理目前最

2、常用的諧波分析辦法是用法傅里葉變換，將時域的離散信號舉行傅里葉級數(shù)綻開，得到離散的頻譜，從離散的頻譜中選擇出各次諧波對應(yīng)的譜線，計算得出諧波各項參數(shù)。在實際實現(xiàn)時，因為離散傅里葉變換存在“柵欄效應(yīng)”，采樣頻率不為基波的整數(shù)倍時，部分諧波可能不在離散傅里葉變換后的離散頻率點上，需要用法特別的手段將柵欄空隙對準我們關(guān)懷的諧波頻率點。其中同步采樣法和頻率重心法用法最為廣泛。同步采樣法顧名思義，就是使采樣頻率與基波頻率同步轉(zhuǎn)變。該辦法從源頭上保證數(shù)據(jù)的采樣頻率為基波頻率的整數(shù)倍，如iec 61000-4-7標準就規(guī)定50hz用法10倍基波采樣率，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)離散傅里葉變換即可得到各次諧波重量。同步采樣常

3、用硬件pll實現(xiàn)，需要實時調(diào)節(jié)采樣頻率，頻率的鎖定需要時光，受限于及相關(guān)器件，很難做到很寬的頻域，也很難保證頻譜特殊豐盛時的精確性。頻率重心法用法足夠高的采樣頻率（普通大于4倍基波頻率）即可滿足挺直對信號舉行采樣，將信號的頻譜間隔拉開，并且用法更多周期的數(shù)據(jù)點做離散傅里葉變換，降低頻譜泄露的影響。最后按照窗函數(shù)的功率譜分布特性，通過頻譜的譜峰和次譜峰，找到真正的譜峰頻點即離散頻譜的譜峰和次譜峰的重心。通過頻率重心法消退了柵欄效應(yīng)的影響，對各次諧波用法重心法，還得到一個偏離系數(shù)，用法該系數(shù)協(xié)作窗函數(shù)功率譜，可求解得到對應(yīng)頻點的相位和幅值等信息。至此，非同步采樣法同樣得到了各次諧波。受限于窗函數(shù)的

4、頻譜特性，該法需要用足夠高采樣率來保證各頻率成分的頻譜相互影響足夠小；而且截斷造成的泄漏也不能太大，否則產(chǎn)生的假頻率疊加到真切頻譜里，導(dǎo)致結(jié)果誤差更大。容易對照基于以上實現(xiàn)原理可知，同步采樣法精度取決于pll的精確度，而后期計算容易。pll中用到的濾波器限制了支持的基波頻率上限，因此在基波頻率較高時，同步采樣法普通無法支持；同樣是濾波器緣由，無法很好濾除低偶次諧波，所以低偶次諧波幅值較大時，pll就無法同步基波采樣，諧波分析結(jié)果也就徹低錯誤。頻率重心法不需要額外濾波器，采樣器件可工作在支持的最高采樣頻率，使有效譜線拉開的同時提高了支持的諧波頻率范圍，而為了消退泄漏的影響，需要用法更多的數(shù)據(jù)舉行

5、傅里葉變換。所以頻率重心法引入了數(shù)倍于同步采樣法的計算量。另外，重心法需要用法起碼兩根譜線，而且受窗函數(shù)主瓣寬度限制，頻率重心法所能支持的頻率下限只能達到頻率辨別率的三倍以上。因為頻率重心法沒有反饋過程，不依靠于信號，實現(xiàn)容易，理論上只要采樣率和用法的數(shù)據(jù)點足夠，就能得到正確的結(jié)果。特殊地，由于同步采樣需要硬件，受限與成本與體積，大部分測量儀器只支持一到兩個pll源，而頻率重心法無此限制，甚至可隨意定義基波源（對應(yīng)于pll源，用于確定基波）。應(yīng)用實例pa功率分析儀提供了三種諧波模式：常規(guī)諧波、諧波和iec諧波。其中常規(guī)諧波對應(yīng)頻率重心法、諧波和iec諧波對應(yīng)同步采樣法。諧波和iec諧波區(qū)分在于

6、iec諧波徹低根據(jù)iec 61000-4-7標準規(guī)定的倍頻數(shù)fft點數(shù)舉行計算，并增強了標準規(guī)定的處理流程和計算參數(shù)。下面用法實例信號對照兩種辦法的區(qū)分：信號一：基波頻率50hz，含215次諧波，各次含量均為10%圖 1 50hz基波215次含量10% 諧波波形圖 2 50hz基波215次含量10% 諧波常規(guī)諧波分析結(jié)果圖 3 50hz基波215次含量10% 諧波的諧波模式分析結(jié)果1所示包含諧波的50hz信號波形，常規(guī)諧波和睦波模式諧波均能得到正確的諧波含量，并且精度很高。信號二：基波頻率50hz，含215的奇次諧波，各次含量同樣均為10%圖 4 50hz基波215奇次含量10% 諧波波形圖

7、5 50hz基波215奇次含量10% 常規(guī)諧波分析結(jié)果圖 6 50hz基波215奇次含量10% 諧波模式分析結(jié)果4所示只包含215次的奇次諧波的波形，常規(guī)諧波和睦波模式結(jié)果同樣精確。信號三：基波頻率50，含215偶次諧波，各次含量均為10%圖 7 50hz基波215偶次含量10% 諧波波形圖 8 50hz基波215偶次含量10% 常規(guī)諧波分析結(jié)果圖 9 50hz基波215偶次含量10% 諧波模式分析結(jié)果7所示只包含50hz基波的215次的偶次諧波的波形，受偶次諧波的影響，每個基波周期多了兩次過零，而且頻率與基波相近，pll的濾波器亦無法濾除該諧波，因此pll結(jié)果錯誤，導(dǎo)致諧波分析結(jié)果也徹低錯誤

8、，此時的常規(guī)諧波分析結(jié)果仍然正確，而且保持了很高的精度。解釋常規(guī)諧波可以不受偶次諧波影響，在采樣率和fft點數(shù)足夠時，具有受被測信號影響低的優(yōu)勢。信號四：基波頻率6khz，含215次諧波，各次含量均為10%圖 10 6khz基波215次含量10% 諧波波形圖 11 6khz基波215次含量10% 常規(guī)諧波分析結(jié)果圖 12 6khz基波215次含量10% 諧波模式分析結(jié)果10所示包含6khz基波的215次諧波的波形，因為已經(jīng)超出諧波模式支持的頻率范圍，諧波模式無法測量，而常規(guī)諧波分析時用法了200khz的采樣率，6khz的15次諧波頻率為90khz，小于采樣頻率的一半，因此仍然可以精確測量?？偨Y(jié)由上實例看出，非同步采樣拓寬了諧波的分析范圍，在許多同步采樣受到約束的場合可以實現(xiàn)互補，是一種強有力的諧波分析辦法。需要指出的是，雖然以上用例中常規(guī)諧波分析結(jié)果都正確且精度很高，但在諧波模式pll正確時，諧波模式在高次諧波的穩(wěn)定性