14、电力系统高级谐波分析与频谱分析

电力系统高级谐波分析与频谱分析

在电力系统中，谐波分析是一个至关重要的领域。本文将详细介绍谐波分析和频谱分析的相关内容，包括谐波失真的定义、各类谐波分析仪的原理、总谐波失真（THD）的测定以及频谱分析仪的工作方式等。

1. 谐波失真的定义

第k阶谐波失真$D_k$定义为第k阶频率的振幅分量与基波频率的信号振幅之比，即$D_k = V_k/V_1$。而总谐波失真（THD）的计算公式为：
$THD = \sqrt{\frac{\sum_{k = 2}^{n}V_k^2}{V_1^2}}$

2. 谐波失真分析仪

信号失真分析仪的作用是将电信号分解为与振幅、频率和相位相关的重要方面。常见的仪器有波形分析仪、失真分析仪、频谱分析仪、音频分析仪和调制分析仪等，它们能提供有关物理现象频率成分的相对精确信息。

2.1 模拟频率分析仪

模拟频率分析仪由滤波器、电压表和频率选择器组成，用于测量特定波形电分量的振幅和频率。通常，这类分析仪不能直接检测信号相位，但通过数据采集板将信号转换为数字值，并进行计算机数学分析，就可以轻松捕获信号谐波分量的相位。如果对信号进行模拟处理，可以使用低公差的聚苯乙烯电容器的模拟滤波器进行检测。常见的滤波器类型有巴特沃斯滤波器（使平坦区域最大化）、切比雪夫滤波器（使增益边缘锐度最大化）和贝塞尔滤波器（最小化输入 - 输出相位延迟）等，这些滤波器可以进行数字或模拟处理。

2.2 频谱分析仪

频谱分析仪可以扫描物理现象的信号频段，包括音频频率（kHz量级）、无线电频率（MHz量级）以及蜂窝和卫星频率（GHz量级）。它可以是模拟或数字分析仪，能显示振幅与频率