《T CPSS 1010-2023-電力系統(tǒng)超高次諧波測量方法》

T/CPSS1010—2023

電力系統(tǒng)超高次諧波測量要求

1范圍

本文件規(guī)定了交流電力系統(tǒng)2kHz～150kHz超高次諧波的測量、分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法。

本文件適用于電力電子變流設備接入的頻率50Hz交流電力系統(tǒng)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T3241—2010電聲學倍頻程和分倍頻程濾波器

GB/T14549—1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波

GB/T17626.30—2012電磁兼容試驗和測量技術(shù)電能質(zhì)量測量方法

GB/T20840.103—2020互感器第103部分：互感器在電能質(zhì)量測量中的應用

IEC61000-4-30電磁兼容性（EMC）第4-30部分：測試和測量技術(shù)電能質(zhì)量測量方法

（Electromagneticcompatibility(EMC)–Part4-30:Testingandmeasurementtechniques–Powerquality

measurementmethods）

3術(shù)語和定義

GB/T3241—2010、GB/T14549—1993、GB/T17626.30—2012、IEC61000-4-30界定的以及下列術(shù)

語和定義適用于本文件。

基波（分量）fundamental（component）

對周期性交流量進行傅里葉級數(shù)分解，得到的頻率與工頻相同的分量。

[來源：GB/T14549—1993，3.3]

超高次諧波supraharmonics

電壓或電流信號頻譜中分布在2kHz～150kHz區(qū)間的諧波分量。

時間窗timewindow

在有限時間的觀測記錄中，采集信號的非周期性會引起能量流入臨近頻域（頻譜泄漏），時間窗是

在整個采集的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中采用加權(quán)函數(shù)來降低能量流失的數(shù)量，即已經(jīng)被截斷的正弦分量。

帶通濾波器bandpassfilter

具有單一的傳輸頻帶（或具有小的相對衰減的通帶）的濾波器，它從大于零的下限頻率延伸到有限

的上限頻率。

[來源：GB/T3241—2010，3.1]

1

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截止頻率cut-offfrequency

帶通濾波器的通帶的下限頻率和上限頻率，該頻率處振幅較通帶區(qū)內(nèi)中心頻率的振幅低3dB，故又

稱為-3dB頻率，單位為Hz。

時間累積timeaggregation

為得到某一較長時間段上的值，對某一給定參數(shù)（在相同時間段）的順序值進行累加。

注：本文件中，累積總是指時間累積。

[來源：GB/T17626.30—2012，3.31]

4超高次諧波測量信號處理方法

超高次諧波測量信號處理方法如圖1所示，宜包括以下部分：

a)信號采樣及預處理部分主要包括信號調(diào)理、濾波和采樣環(huán)節(jié)；

b)數(shù)據(jù)分析部分主要包括離散傅里葉變換（DFT）、超高次諧波分組和時間累積環(huán)節(jié)；

c)結(jié)果處理部分主要包括測量結(jié)果統(tǒng)計、測量結(jié)果展示和畸變率評估環(huán)節(jié)。

信號采樣及預處理數(shù)據(jù)分析結(jié)果處理

測量結(jié)果存儲統(tǒng)計

信號

數(shù)據(jù)

200ms頻譜分組與聚合

DFT

硬件調(diào)理電路超高次諧波時間累積

信號采樣(3s、10min)

200ms內(nèi)等間隔選取

個數(shù)據(jù)組頻譜均方根

帶通模擬濾波320.5ms32

DFT

器結(jié)果輸出

圖1超高次諧波測量信號處理方法

5信號采樣及預處理要求

互感器要求

5.1.1電壓互感器

5.1.1.1對于1kV及以下超高次諧波電壓，無需通過互感器，直接測量。

5.1.1.2對于1kV以上超高次諧波電壓，一般通過電壓互感器進行測量，宜參照GB/T20840.103—

2020的6.1選擇適用于超高次諧波測量的電壓互感器，推薦采用電容分壓器、阻容分壓器或光學電壓

互感器。

5.1.2電流互感器

宜參照GB/T20840.103—2020的6.1選擇適用于超高次測量的電流互感器，推薦采用電磁式電流互

感器或光學電流互感器。

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濾波器要求

測量超高次諧波時，應設置2個獨立的模擬濾波器，以分離2kHz～9kHz和9kHz～150kHz頻段信號。

具體要求如下：

a)2kHz～9kHz濾波器為帶通濾波器，由級聯(lián)的高通、低通濾波器組成，高通濾波器的截止頻率

應不高于1.5kHz且對基波分量的衰減量應不低于-55dB，低通濾波器的截止頻率應不低于12

kHz；

b)9kHz～150kHz濾波器為帶通濾波器，由級聯(lián)的高通、低通濾波器組成，高通濾波器的截止頻

率應不高于6.5kHz且對基波分量的衰減量應不低于-55dB，低通濾波器的截止頻率應不低于

200kHz。

數(shù)據(jù)采樣要求

5.3.1超高次諧波可采用等時間間隔采樣方式。

5.3.2采樣頻率與濾波器參數(shù)關(guān)系應滿足圖2要求，為防止衰減量未達到-50dB的信號混疊進入超高

次諧波測量范圍，最低采樣頻率按式（1）確定。

ffs=h_max+fr2··················································（1）

式中：

fs——采樣頻率，單位為千赫茲(kHz)；

fh_max——超高次諧波測量上限頻率，單位為千赫茲(kHz)；

fr2——低通濾波器-50dB阻帶頻率(kHz)。

增益

超高次諧波測量范圍

-3dB

混疊區(qū)域

-50dB

-55dB

fr1fc1fh_minfh_maxfc2fs/2fr2fs頻率/kHz

注：fc1：高通濾波器截止頻率；fc2：低通濾波器截止頻率；fr1：高通濾波器-55dB阻帶頻率；fr2：低通濾波器-50dB阻帶頻率；

fh_min：超高次諧波測量下限頻率；fh_max：超高次諧波測量上限頻率；fs：采樣頻率。

圖2采樣頻率與濾波器參數(shù)關(guān)系示意圖

5.3.3不同頻段應采用不同采樣頻率，在滿足第5.3.2節(jié)要求下，各頻段采樣頻率宜選取下列典型值：

a)測量2kHz～9kHz范圍內(nèi)信號，推薦采用102.4kHz；

b)測量9kHz～150kHz范圍內(nèi)信號，推薦采用1024kHz。

3

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6超高次諧波數(shù)據(jù)分析

時間窗

采樣的電壓電流信號宜采用DFT分析，時間窗函數(shù)宜采用矩形窗，其中2kHz～9kHz時間窗寬度宜

采用200ms，9kHz～150kHz時間窗寬度宜采用0.5ms。

2kHz～9kHz超高次諧波數(shù)據(jù)分析

2kHz～9kHz頻段的超高次諧波數(shù)據(jù)分析方法如下：

a)對200ms采樣數(shù)據(jù)進行DFT運算，得到頻譜分辨率為5Hz的初步分析結(jié)果，見圖3；

幅值Y200ms采樣數(shù)據(jù)DFT后頻譜分辨率為5Hz

c起點

2k2.2k2.4k8.8k9k頻率/Hz

Y，Y，

B2100B2300YB，8900

圖32kHz-9kHz頻段的超高次諧波分組

b)將步驟a）中的分析結(jié)果按照200Hz帶寬進行分組處理，起點位于該組諧波范圍內(nèi)的第一個5

Hz頻譜位置，第一組的中心頻率為2.1kHz，其余各組中心頻率b的取值計算見公式（2）；

b=(2.1+×0.2kk)kHz，=0,1,234···································（2）

c)每組內(nèi)的40個頻譜按照諧波組算法進行聚合，其計算見公式（3），得到該組超高次諧波的整

體數(shù)值YB,b。

b+100Hz

2（3）

YYB,bf=∑c,·····················································

fb=?95Hz

式中：

b——超高次諧波中心頻率，如式（2）所示；

Yc,f——步驟a）中初步分析結(jié)果中頻率f處對應的頻譜幅值，下標f為間隔為5Hz的頻率點。

9kHz～150kHz超高次諧波數(shù)據(jù)分析

9kHz～150kHz頻段的超高次諧波數(shù)據(jù)分析方法如下：

a)每200ms數(shù)據(jù)等間隔選擇32組0.5ms數(shù)據(jù)，見圖4；

b)對0.5ms數(shù)據(jù)進行DFT運算，得到頻率間隔為2kHz的頻譜，如圖5所示，處于9kHz～150

kHz頻段內(nèi)的頻率共有71個，分別為10kHz、12kHz、14kHz……150kHz；

c)對32組0.5ms數(shù)據(jù)分別進行步驟b），共得到32組頻譜，每個頻率點對應有32個幅值，記

頻率點b處的第i個頻譜幅值為Yb,i，其中b=10kHz，12kHz，14kHz……150kHz，i=1，2，

3……32；

d)對每個頻率點處的32個幅值進行均方根值計算，得到頻率點b處的測量結(jié)果如公式（4）所

示。

4

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020406080100120140160180200

a）原始信號b）超高次諧波信號

圖49kHz~150kHz頻段內(nèi)數(shù)據(jù)取樣方法示意圖

幅值Yc0.5ms數(shù)據(jù)DFT后頻譜分辨率為2kHz

02k4k6k8k10k12k14k16k18k148k150k頻率

/Hz

圖5時間窗為0.5ms的數(shù)據(jù)段DFT運算頻譜

32

12·················································（4）

YYb=∑bi,

32i=1

式中：

Yb,i——頻率點b處的第i個頻譜幅值。

時間累積要求

6.4.13s累積

3s累積應以15個200ms時段進行累積，對超高次諧波各頻點200ms處理結(jié)果的最大值、最小值、平

均值、95%概率大值進行累積運算。

6.4.210min累積

10min累積應以3000個200ms時段進行累積，對超高次諧波各頻點200ms處理結(jié)果的最大值、最小

值、平均值、95%概率大值進行累積運算。

7測量結(jié)果計算方法

超高次諧波幅值展示

超高次諧波測量結(jié)果展示方法如下：

a)2kHz～9kHz范圍內(nèi)超高次諧波按照第6.2節(jié)的中心頻率處的幅值計算結(jié)果進行展示；

b)9kHz～150kHz范圍內(nèi)超高次諧波按照第6.3節(jié)中間隔為2kHz的頻率點處的幅值計算結(jié)果進行

展示，第一個頻率點為10kHz。

超高次諧波含有率計算方法

單個頻率處的超高次諧波含有率宜采用公式（5）進行量化評估。

5

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Y

f（5）

Df=×100%····································································

Y1

式中：

f——2kHz～9kHz范圍內(nèi)的中心頻率，9kHz～150kHz范圍內(nèi)以10kHz為起點，間隔為2kHz的頻

率點；

Y1——基波分量，測量方法參照附錄A。

超高次諧波畸變率計算方法

超高次諧波畸變率計算方法如下:

a)2kHz～9kHz范圍內(nèi)的超高次諧波畸變率宜采用公式（6）進行量化評估，即該范圍內(nèi)所有中

心頻率處幅值的方均根值與基波分量的比值；

8.9kHz

2

∑Yb

b=(2.1+×0.2kk)kHz，=0,1,234（6）

TD2?9kHz=×100%·······························

Y1

b)9kHz～150kHz范圍內(nèi)的超高次諧波畸變率宜采用公式（7）進行量化評估，即該范圍內(nèi)所有

頻率點處幅值的方均根值與基波分量的比值；

150kHz

2

∑Yb

b=(10+×2kk)kHz，=0,1,270（7）

TD9?150kHz=×100%·······························

Y1

c)2kHz～150kHz范圍內(nèi)的總超高次諧波畸變率宜采用公式（8）進行量化評估；

8.9kHz150kHz

22

∑∑YYbb+

b=+×=(2.10.2kk)kHz，0,1,234b=+×=(102kk)kHz，0,1,270（8）

TD2?150kHz=×100%··············

Y1

式中：

Y1——基波分量，測量方法參照附錄A。

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附錄A

（資料性）

基波分量測量方法

A.1濾波

設置模擬低通濾波器，抑制諧波對信號過零點的干擾，其截止頻率應大于50Hz且不宜高于75Hz。

A.2分析時段確定

通過正向過零點的采樣點確定分析時段，見圖A.1，具體方法如下：

a)尋找信號中滿足x[t]≤0且x[t+Ts)]≥0的采樣點，按式（A.1）以絕對值較小的采樣點作為數(shù)

據(jù)分析的起始采樣點x[t0]；

，（）

xt[0]=min{xt[]xt[+Ts]}······································A.1

式中：

x[t]——t時刻的信號采樣點；

Ts——采樣周期，Ts=1/fs；

||——取絕對值運算；

min{}——取最小值運算；

t0——數(shù)據(jù)分析的起始采樣點對應的時間。

b)持續(xù)搜尋第11個滿足x[t+n×Ts]≤0且x[t+(n+1)×Ts]≥0條件的采樣點，再按式（A.2）方

法，以絕對值較小的采樣點作為數(shù)據(jù)分析的結(jié)束采樣點x[te]；

，（）（）

xt[e]=min{xt[+×nTss]xt[+n+1×T]}·······························A.2

式中：

n——第11個滿足條件的采樣點與第一個采樣點的間隔周期；

te——數(shù)據(jù)分析的結(jié)束采樣點對應的時間。

c)根據(jù)數(shù)據(jù)分析起始和結(jié)束時間差與采樣周期的比值，計算此時段的采樣點數(shù)，見式（A.3）。

tt-

N=e0··················································（A.3）

Ts