近年來,諧波問題受到各電力公司、用戶及其相關部門的廣泛重視,各類諧波監測設備紛紛進入市場。該類設備的精度問題成為各界用戶及其制造廠家關心的問題,那么怎樣評定此類設備的精度,應該依據什么樣的標準、測試方法進行評定呢。《電能質量 公用電網諧波》(GB/T 14549-93)國家標準在附錄D5.3中對其進行了定位(表D1),但是在實際操作過程中卻出現了不同的理解,引起了不同程度的混亂。
1、 諧波測量儀的允許誤差定義
國家標準對測量儀器的誤差是根據所測對象的嚴重程度分段劃分的。誤差界定分為兩種定義模式,一種是相對所設定的諧波量大小,即X%·Uh;另一種是相對于所設定對象的額定值(額定電壓、額定電流)進行定義的,即Y%·Un。下面以該標準定義的A類儀器的諧波電壓測量誤差進行分析。
標準定義:Uh<1%時,允許誤差為0.05%·Un。以電壓互感器二次側為例,設定額定相電壓為57.7V,實際測試給出的基波電壓為52V、63V,3次諧波含有率為0.5%,即:
Un=57.7V
U1=52V
U3/U1=0.5%
那么,3次諧波測試為多少值才是合格呢?
1) 誤差定義按額定電壓計,誤差在0.05%·Un=±0.02885V,即:U3/U1的測量結果為0.55548%~0.44452%為合格。該值相對于0.5%的實際設定值,誤差為:2.7%~-11.1%。
2) 誤差定義按實際輸入有效值計,實際有效值為:52.00065,誤差絕對值應為:±0.026,即U3/U1的測量結果為0.55%~0.45%為合格,該值相對于0.5%的實際設定值,誤差為:10%~-10%
3) 誤差定義按實際輸入基波值計,誤差絕對值應為:±0.026,即U3/U1的測量結果為0.55%~0.45%為合格,該值相對于0.5%的實際設定值,誤差為:10%~-10%
上述2)、3)的結果一樣的原因在于只施加了0.5%的3次諧波,如果將2~25次諧波均設定為0.5%,則2)、3)結果將不相同。
上述方法1)雖然嚴格按照標準的定義,但感覺不科學,實施起來也不方便;方法2)雖然與標準有出入,但比較科學,它是根據實際輸入量進行誤差分析的,但實施起來由于受諧波量的大小、諧波次數的多少的限值,仍不方便;筆者認為方法3)是一種比較科學、方便的操作方式,而且完全可以與其他分段的誤差計算結合起來,因為諧波量的大小是相對基波設定的,對于不同大小的、次數的諧波,利用該方法僅相對于基波定義其誤差,同時也可以方便地歸算到采用以Uh為基準進行誤差定義,方法如下(下面仍以該標準定義的A類儀器的諧波電壓誤差進行分析):
設:Uh<1%時,允許誤差設定為X%·U1;某次諧波h的設定值為X1%,則其誤差定義為:
X%·U1=X%·Uh/X1%=(100·X/X1)%·Uh
總上所述,諧波國家標準中以額定電壓、額定電流進行諧波誤差定義的方法容易引起概念上、實際操作過程中的混亂,考慮以相對于基波(或統一為諧波)進行諧波誤差的定義便于理解于實際操作。
2、 諧波誤差的測量環境
諧波誤差的測量應該定義諸多測量環境。其中之一就是測試時施加諧波的含量問題以及施加諧波的方式問題。在實際誤差測定過程中,有的采取逐項施加單一次諧波,有的采取施加連續次諧波,有的采取抽取部分次諧波;在諧波施加的量值方面也各不相同。因此,在沒有這方面規范性的要求前提下,對測量儀器的誤差評估就出現了不同的結論,有的地方給出的A級評定,在有的地方甚至連B級都難以達到。
GB/T 14549-93標準的附錄D5.4提出了“電壓總畸變率不超過8%”的條件,但在界定方面有點含糊,出現了不同的理解,不清楚8%到底是對電源提出的要求還是對施加的諧波量的總要求。如果是對施加的諧波量的要求,筆者感到給定8%的指標還是符合實際情況的,主要在于電網中出現大于8%的諧波總畸變率的情況不多;實際上,該指標也是一個經濟技術性指標。
諧波次數的施加方法以及諧波量的施加大小其實質在于考核設備測試功能的具體實現方法。筆者認為應該采取在諧波總畸變率限定條件下的連續諧波頻譜輸入或抽樣多組諧波施加方式,用以考核抗混疊電路、采樣周期、采樣率、窗函數、同步技術等的實際效果。例如上述技術應用不成熟的設備在連續諧波輸入狀況下與單次諧波輸入狀況下將有較大差異。
可見,諧波誤差測定應規范其諧波施加量值及其施加方式,否則,必將帶來很大程度的差異。
實際上,諧波測量的環境還應包括基波頻率設定范圍等其他因素,應綜合考慮。
3、 結束語
諧波誤差的測量方法應進行規范;諧波測量儀器誤差的定義應便于實際操作;測量的環境應具有代表性。