IEC标准框架下谐波和间谐波检测的最优化方法.pdf

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1、第36卷第2期电力系统自动化Vo1．36No．22O12年1月25日AutomationofElectricPowerSystemsJan．25，2012DOI：10．3969／j．issn．1000—1026．2012．02．013IEC标准框架下谐波和间谐波检测的最优化方法金维刚，刘会金(1．国家电网华中电力调控分中心／华中电力调度通信中心，湖北省武汉市430077；2．武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市430072)摘要：首先根据Parseva1能量积分公式，推导了离散信号经离散傅里叶变换(DFT)后时频域能量的表达公式，

2、并且分析指出，将Hanning窗函数应用于国际电工委员会(IEC)标准框架下的集合概念，其前提条件是保证加窗前的时域能量与加窗(并DFT)后的频域能量相等，同时提出引入“能量损失修正系数”来达到该条件。而后，利用能量损失修正系数，得出了加Hanning窗时集合概念的表达公式，该公式与IEC标准框架下的集合概念完全兼容。接着，对IEC推荐的谐波和间谐波检测方法进行了扩展，扩展方法将谐波和间谐波的检测细化为4种测量环境和5个衡量指标。最后，详细分析了每种测量环境下影响测量精度的因素，并且多方位比较与该测量环境相对应的5个衡量指标的综

3、合性能，从5个指标中选出性能最优的一个作为该测量环境下的最优衡量指标。在实际测量时，根据具体的测量环境，选择对应的最优衡量指标，可以得到最精确的测量结果。关键词：IEC标准框架；集合；谐波／间谐波检测；Hanning窗函数；能量损失修正系数；测量环境；最优衡量指标；离散傅里叶变换0引言行衡量，所得出的结果也可能不相同，甚至会有很大差别；在实际测量时具体应该采用二者中的哪一个，长期以来，电力系统中的谐波和间谐波问题一IEC61000—4—7并未给出相关规定或建议，这就不利直受到高度重视，其检测算法口]也多种多样。中国于该标准的实际

4、应用。于1998年颁布了GB／T17626．7—1998《电磁兼容2)IEC61000—4—7规定同步采样时使用矩形窗，试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐问波同时建议非同步采样时可以使用Harming窗，但是的测量和测量仪器导则》。该标准等同采用了国际却未给出加Hanning窗时集合概念的表达式；而由标准IEC61000—4—7的第1版(1991年颁布)。国际于这2种窗函数的性能不同，加Harming窗时集合电工委员会(IEC)于2002年又颁布了IEC61000—4—7概念的表达式与加矩形窗时的表达式肯定是有所区的第2版

5、，与第1版相比有很大的变化。由于别的。IEC61000系列标准对中国电磁兼容系列标准的制3)IEC61000—4—7并没有充分考虑电力系统中定一直起到重要的指导作用，因此，对IEC61000系谐波和间谐波信号的特点以及二者之间的相互干列标准中的相关问题进行研究非常必要。本文主要扰，所推荐的检测方法仅在非常理想的情况下(例如对IEC61000-4—7第2版中规定的新的谐波和间谐严格整基波周期采样等)才能够达到较好的效果，而波检测方法进行研究。以下若提及IEC61000—4—7，这些理想条件在实际测量时可能无法达到。指的都是其第2版

6、(即2002年版)。本文在严格遵守IEC标准框架的前提下，对IEC61000—4—7的最大特点是提出了集合IEC61000—4—7所提出的检测方法进行了改进和扩(group)与子集合(subgroup)的概念_l。集合概念展。扩展后的方法充分考虑了影响测量精度的所有的引入是为了清晰地表明频谱泄漏，使谐波和间谐主要因素，充分考虑了谐波与间谐波之间的相互干波的检测在准确化、简单化和标准化这些性能指标扰，使得在每种测量环境下，都能够获得唯一最优的中达到最佳综合平衡。但是IEC61000—4—7也存在测量结果。着诸多的问题。1Hanni

7、ng窗函数与IEC标准框架下集合1)即使是对同一信号，分别用集合与子集合进概念的兼容性分析收稿日期：2011-03—15；修回日期：2011-08—17。1．1IEC标准框架下的集合概念国家自然科学基金资助项目(50677045)。IEC61000—4—7规定，对于50Hz电力系统，采·学术研究·金维刚，等IEC标准框架下谐波和间谐波检测的最优化方法用矩形窗函数，窗口宽度为1O个基波周期(大约2g。(t)dt一∑l1。(7)200ms)，使用离散傅里叶变换(DFT)作为谐波、问W2：一。。谐波分析的处理工具，DFT分辨率为5Hz

8、。根据式(7)表明，频域所有谱线的能量和等于时域信这些规定，得出50Hz电力系统的集合概念如下。号(￡)在周期(即窗宽)T内的总能量。次谐波集合的有效值定义为：根据傅里叶变换频域谱线的共轭对称性l】引，可将式(7)写为：G，一+∑c。计+(1)。。．2g。(t)