如何打倒谐波测量的“拦路虎”？

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众所周知，谐波是一种由非线性负载产生的常见干扰信号，它会影响设备的正常工作，是电气设备设计时非常关注的一项参数。特别是并网设备，其生成的谐波会流入电网造成污染，影响附近供电环境的电能质量。
         
        IEC61000-4-7谐波测量标准
        要对并网设备中波动的电压电流进行精确测量，需根据IEC61000-4-7标准（对应国标GB/T-17626.7-2008）中的规定公式，以10个信号周期的时间窗，5Hz的频谱分辨率对信号进行FFT分析。但若想保证FFT结果真实有效，测量仪器需针对FFT常见的频谱混叠和频谱泄露问题进行处理。普通的功率计对这两种问题并没有针对性措施，因此谐波测量结果存在偏差，其谐波分析功能也沦为鸡肋。
         

       

       
        图1 IEC61000-4-7谐波测量标准

         
        该如何解决频率混叠和频谱泄露这两头谐波测量的“拦路虎”呢？致远电子PA300系列功率计除了谐波算法符合IEC61000-4-7谐波测量标准要求外，还配备了以下两种“独门武器”，目的是解决频谱混叠和频谱泄露这两头谐波测量的“拦路虎”。
         

       

         

       
        图2 PA300系列功率计

         
        从源头抑制频谱混叠与频谱泄露
        抗混叠滤波器：根据采样定理fs≥2f，若输入信号包含的最大频率f ＞采样频率fs的一半，则采样后的信号将无法正确还原。功率计内置纯硬件抗混叠滤波器，可将被测信号的高频杂波部分去除，防止频谱混叠现象的出现。
         

       

       
        图3 高频噪声引起频谱混叠

         
        锁相环技术：当采样周期不是信号周期的整数倍时，截取的采样部分数据就不是一个完整的周期信号，FFT时会出现频谱泄露，影响幅值测量的准确。为了最大限度的抑制频谱泄露，PA300通过锁相环倍频技术让采样频率同步跟踪输入信号的基波频率，从根源上杜绝了频谱泄露现象的产生。
         

       

       
        图4 同步采样有效避免频谱泄露

         
        功率计功能拓展——PAM软件
        在保证谐波准确测量的同时，解决谐波问题通常需要查看各次谐波数据、谐波柱状图、趋势图以及波形图等功能。这些功能都可以通过PAM软件实现测量与显示。数据可以选择由USB、GP-IB、RS-232或以太网通信接口上传到PC端，并通过PAM软件在PC端上实现同步显示和数据报表导出，真正为用户解决谐波测量的问题。
         

       

       
        图5 PAM软件