事實上,依據(jù)傅里葉變換的相關描述,對于周期信號而言,只存在直流分量、基波及頻率為信號頻率整數(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值。
那么,間諧波又是怎么回事呢?
請看下述函數(shù):
顯然,該函數(shù)表示的信號的周期為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)表達的信號的頻譜描述為:
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。
從周期信號傅里葉變換的角度看,上述結(jié)論毫無爭議。
但是,當我們知道,上述函數(shù)描述的是電網(wǎng)的電壓信號時,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。
因為,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(分數(shù)倍),我們稱其為分數(shù)諧波或間諧波。
于是,該函數(shù)表達的信號的頻譜描述變?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,是理想與實際的差異導致的我們對一個事物采用的不同描述方式。然而,在實際測量中,光有諧波和間諧波的概念還遠遠不夠!
實際電網(wǎng)信號不是理想的周期信號,即便是較為嚴格的周期信號,測量前間諧波頻率為未知量。
上述原因?qū)е赂道锶~時間窗很可能不等于信號的周期(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斷,而非整周期截斷,必然帶來頻譜泄露,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情況。
于是,我們將一組間諧波的方和根值來反映某個頻段的間諧波情況,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算結(jié)果也將發(fā)生變化。為了統(tǒng)一衡量標準,計算上述諧波相關參量時,NB/T32006-2013光伏發(fā)電站電能質(zhì)量檢測技術規(guī)程將傅里葉時間窗固定為200ms。
值得注意的是,該規(guī)程規(guī)定測試帶寬不小于10MHz是沒有道理的。
第一、規(guī)程關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,電壓、電流傳感器的帶寬很難達到10MHz。
第三、規(guī)程規(guī)定的采樣頻率為20kHz,若采用實時采樣技術,帶寬應限制在10kHz以內(nèi),即便采用等效采樣技術,20kHz采樣率也很難實現(xiàn)10MHz信號的復現(xiàn)。
言歸正傳,現(xiàn)在,我們用200ms的傅里葉時間窗,進過傅里葉變換,得到了如下圖所示的,包含1781根譜線的頻譜。
圖1、諧波、間諧波及高頻分量頻譜示意圖
其中,第一根譜線的頻率為0Hz,代表直流分量的幅值,某些場合也稱直流分量為0次諧波。
傅里葉時間窗決定了頻譜的頻率分辨力為5Hz,因此,相鄰兩根譜線之間的頻率差為5Hz。
加粗的譜線的頻率為基波頻率的整數(shù)倍,代表各次諧波的幅值;
較細的譜線的頻率為基波頻率的分數(shù)倍,代表各間諧波的幅值,某些文獻稱低于基波頻率的間諧波為次諧波;
以n次諧波譜線為中心,左右各4根譜線及第五根譜線的1/2加上n次諧波的方和根為n次諧波群;
n次諧波譜線及n+1次諧波譜線之間的所有間諧波的方和根代表n次間諧波群;
以n次諧波譜線為中心,左右各1根譜線加上n次諧波的方和根為n次諧波中心子群;
間諧波群代表的間諧波組左右各去除一根譜線,求方和根,得到n次間諧波中心子群。
圖2、諧波群、間諧波群、諧波中心子群及間諧波中心子群頻譜示意圖
在光伏發(fā)電站中,40次以上的諧波,稱為高頻分量,高頻分量采用類似諧波群的方式進行描述,與諧波群不同之處在于:
1、高頻分量以從2.1kHz開始,以200Hz為寬度進行頻帶分組,最高頻率的高頻分量的中心頻率為8.9kHz。
2、計算高頻分量時,傅里葉時間窗取100ms。
圖3、光伏發(fā)電站高頻分量頻譜示意圖
【擴展閱讀】WP4000變頻功率分析儀——可測量光伏發(fā)電站諧波、間諧波、諧波群、間諧波群、諧波中心子群、間諧波中心子群及2.1kHz~8.9kHz高頻分量的諧波檢測儀。
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