电力质量分析仪中谐波的校准方法

阮张锋 金雷鸣 / 上海市质量监督检验技术研究院

0 引言

随着电子技术的发展，使用大功率半导体开关器件以及各类开关电源的产品（如电视机、空调器、节能灯、调光器、洗衣机、微波炉），信息技术设备等迅速涌入居民家庭，虽然每台设备向电网注入的谐波电流不大，但这些设备数量大、分布广。有些家用电器如电视机、空调器等在使用时具有集中的特点，某些时段会使注入到电网的谐波电流对公用电网造成的谐波问题特别突出，这不但使接入该电网的设备无法正常工作，甚至造成故障，而且还会使供电系统中性线承受的电流超载，影响供电系统的电力输送。因此谐波问题得到各有关方面的高度重视。

为了能够很好地改善、解决谐波问题，合理地使用电能质量分析仪是一种非常有效的手段，它可以快速检测并分析各项电能质量参数，对谐波进行实时监测从而保障生产安全、节能降耗和降低成本。因此，对电力质量分析仪的校准，保证其精度准确显得尤为重要。

1 相关标准中的谐波

供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值，称为谐波次数。

根据 GB/T 17626.7 — 2008/IEC 61000 — 4-7：2002电磁兼容试验和测量技术《供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》以及电力行业标准DL/T 1028—2006 《电能质量测试分析仪检定规程》对谐波进行定义和解释，规定了电力质量测试分析设备谐波电压、谐波电流的准确度要求以及检定点的选取（表1、表2）。

表1 谐波电压、谐波电流准确度要求

2 谐波的校准

2.1 设备

本文所进行的谐波校准采用标准功率源FLUKE 6100A作为主标准器，FLUKE 6100A除了可以输出正弦波电压和电流外，还可以输出谐波电压、谐波电流信号，而且准确度比较高，可输出高达100次的谐波。

选用电力质量分析仪FLUKE 43B作为被校准对象，因为该仪器常用作便携式电力质量分析仪。

2.2 电压谐波

谐波电压的误差测试也可以说是谐波电压含有率的误差测试，在校准过程中更加直观、方便。定义第h次谐波电压含有率HRUh= Uh/ UN×100(%)，其中UN为基波电压（均方根值），Uh为谐波电压（均方根值）。

表2 谐波电压、谐波电流检定点选取

采用标准源的校准方法进行测试，将标准功率源FLUKE 6100A的电压输出端与被测仪器的电压测量端连接，然后根据表1、表2的规定选取各次谐波电压含有率的标准值HRUhs，将FLUKE 6100A输出谐波电压含有率标准值HRUhs与被测表测试结果HRUhx进行比较。

在谐波电压含有率HRUh＜ 1%（A级）或者HRUh＜ 3%（B级）时按照公式ΔHRUh= （HRUhx-HRUhs）计算被检表的谐波电压含有率测试误差。根据表1得出ΔHRUh的误差限值为0.05%（A级）和0.15%（B级）。由此来判断被检表谐波电压是否合格。

在谐波电压含有率HRUh≥1%（A级）或者HRUh≥3%（B级）时按照公式r HRUh= （HRUhx-HRUhs）/ HRUhs×100%计算被检表的谐波电压含有率的相对误差。根据表1得出r HRUh的误差限值为5%。由此来判断被检表谐波电压是否合格。

以便携式电力质量分析仪FLUKE 43B为例，设置基波电压UN= 230 V，标准功率源FLUKE 6100A的输出谐波电压含有率为3%，得到数据见表3。

表3 3%时的测试数据

2.3 电流谐波

电流谐波的校准基本和电压谐波相同，先将标准功率源FLUKE 6100A的电流输出连成回路，然后将电力质量分析仪FLUKE 43B的钳形探头钳在回路中，将FLUKE 6100A输出谐波电流含有率标准值HRIhs与被测表测试结果HRIhx进行比较。

在谐波电流含有率HRIh＜ 3%（A级）或者HRIh＜ 10%（B级）时按照公式ΔHRIh= （HRIhx- HRIhs）计算被检表的电流含有率测试误差。根据表1得出ΔHRIh的误差限值为0.15% （A级）和0.5% （B级）。由此来判断被检表谐波电流是否合格。

在谐波电流含有率HRIh≥3%（A级）或者HRIh≥10%（B级）时按照公式r HRIh= （HRIhx-HRIhs）/ HRIhs×100%计算被检表的谐波电流含有率的相对误差。根据表1得出r HRIh的误差限值为5%。由此来判断被检表谐波电流是否合格。

设置基波电流IN= 5 A，标准功率源FLUKE 6100A的输出谐波电流含有率为10%，得到数据见表4。

表4 10%时的测试数据

谐波电压和谐波电流的校准可以分别单独完成，也可以一起进行，由于标准功率源FLUKE 6100A可以同时设置需要输出的电压电流谐波值，所以方便了测试，测试的方法以及判断等级均与上述相同。

3 结语

通过分析，校准谐波的方法采用标准源法是比较直观简便的，通过调节标准功率源FLUKE 6100A不同次数的电压、电流谐波含有率，直接读出电力质量分析仪上的显示值，从而判断是否合格。这种方法对大多数的电力质量分析仪的谐波功能都可以校准，但是有些分析仪的电压、电流输入输出端是同一个端口，而且不能单独进行输入校准，这就需要采用其他方法，如通过标准源、标准表的串并联，甚至需要其他通信辅助设备的进一步探索与研究，以解决其谐波功能的校准。

[1]全国电磁兼容标准化技术委员会. GB/T 17626.7-2008[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[2]电力行业测量标准化技术委员会. DL/T 1028-2006[S]. 北京：中国标准出版社，2006.