GB-Z 17624.7-2023 电磁兼容 综述 第7部分：非正弦条件下单相系统的功率因数

ICS33.100.01CCSL06GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016电磁兼容综述第7部分:非正弦条件下单相系统的功率因数Electromagneticcompatibility—General—Part7:Powerfactorinsingle-phasesystemsundernon-sinusoidalconditions[IECTR61000-1-7:2016,Electromagneticcompatibility(EMC)—Part1-7:General—Powerfactorinsingle-phasesystemsundernon-sinusoidalconditions,IDT]2023-12-28发布2024-07-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会ⅠGB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016前言 Ⅲ引言 Ⅳ1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14总则 65非正弦条件下的电气量 65.1电压和电流 65.1.1瞬时值 65.1.2基准基波分量 75.1.3总畸变含量 75.1.4电压和电流的方均根值 75.1.5总畸变含量的方均根值 85.1.6直流比 85.1.7总畸变率 85.2瞬时功率 85.3有功功率相关的定义 85.3.1有功功率 85.3.2直流功率 95.3.3基波有功功率 95.3.4畸变有功功率 95.4视在功率相关的定义 95.4.1视在功率 95.4.2基波视在功率 105.5功率因数相关的定义 105.5.1功率因数 105.5.2基波功率因数 105.5.3非基波功率因数 115.6小结 116电压为正弦和电流仅因谐波引起畸变的情况下的电气量 116.1电压和电流 116.1.1瞬时值 116.1.2基波分量 12ⅡGB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:20166.1.3电流的谐波含量 126.1.4电压和电流的方均根值 126.1.5电流谐波含量的方均根值 136.1.6电流的总谐波率 136.1.7基波因数 136.2瞬时功率 136.3有功功率 136.4视在功率相关的定义 146.4.1视在功率 146.4.2基波视在功率 146.5功率因数相关的定义 146.5.1功率因数 146.5.2基波功率因数 156.5.3非基波功率因数 156.6小结 15附录A(规范性)正弦条件下的电气量 16A.1电压和电流的瞬时值 16A.2瞬时功率 17A.3有功功率 17A.4无功功率 17A.5视在功率 17A.6功率因数 17附录B(资料性)基波功率因数 19B.1基波功率因数及其用途 19B.2用户约定 19参考文献 20ⅢGB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件是GB/Z17624《电磁兼容综述》的第7部分。GB/Z17624已经发布了以下部分:—电磁兼容基本术语和定义的应用与解释(GB/T17624.1);—与电磁现象相关设备的电气和电子系统实现功能安全的方法(GB/Z17624.2);—第3部分:高空电磁脉冲(HEMP)对民用设备和系统的效应(GB/Z17624.3);—2kHz内限制设备工频谐波电流传导发射的历史依据(GB/Z17624.4);—第6部分:测量不确定度评定指南(GB/Z17624.6);—第7部分:非正弦条件下单相系统的功率因数(GB/Z17624.7)。本文件等同采用IECTR61000-1-7:2016《电磁兼容(EMC)第1-7部分:综述非正弦条件下单相系统的功率因数》。文件类型由IEC的技术报告调整为我国的国家标准化指导性技术文件。本文件做了下列最小限度的编辑性改动:—为与我国标准体系一致,将标准名称改为《电磁兼容综述第7部分:非正弦条件下单相系统的功率因数》;—将术语的来源由IEC标准替换为已转化的国家标准,并将其更新至参考文献。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国电磁兼容标准化技术委员会(SAC/TC246)提出并归口。本文件起草单位:中国电力科学研究院有限公司、工业和信息化部第五研究所、贵州电网有限责任公司凯里供电局、国网湖北省电力有限公司武汉供电公司。ⅣGB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016电磁兼容性是电气和电子设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容问题是影响环境及产品质量的重要因素之一,其标准化工作已引起国内外的普遍关注。在这方面,国际电工委员会(IEC)制定的IEC61000系列出版物是制造业、信息产业、电工电气工程及能源、交通运输业、社会事业及健康、消费品质量安全等领域中的通用标准,分为综述、环境、限值、试验和测量技术、安装和减缓导则、通用标准6大类。我国已经针对该系列出版物开展了国内转化工作,并建立了相应的国家标准体系。在该标准体系中,GB/Z17624《电磁兼容综述》是关于电磁兼容领域的基础性标准,旨在描述电磁兼容基本术语和定义、电磁影响现象、历史依据、通用参数情况等内容,拟由8个部分构成。—电磁兼容基本术语和定义的应用与解释(GB/T17624.1)。目的在于阐述并解释对电磁兼容系统设计和评估中的基本概念和实际应用具有重要意义的各种术语。—与电磁现象相关设备的电气和电子系统实现功能安全的方法(GB/Z17624.2)。目的在于为实现暴露在电磁骚扰中的电气和电子系统及装置功能安全提供导则。—第3部分:高空电磁脉冲(HEMP)对民用设备和系统的效应(GB/Z17624.3)。目的在于描述世界上实际已进行的和模拟的电磁脉冲试验过程中已产生的效应。—2kHz内限制设备工频谐波电流传导发射的历史依据(GB/Z17624.4)。目的在于描述电网2kHz内工频谐波电流传导发射的来源及其影响。—第5部分:高功率电磁环境(HPEM)对民用系统的效应。目的在于提供制定高功率电磁环境的场、电压和电流对民用系统的效应相关标准的背景材料。—第6部分:测量不确定度评定指南(GB/Z17624.6)。目的在于提供测量不确定度的评定方法和背景资料,给出相关国家标准中测量不确定度一般考虑事项的指南。—第7部分:非正弦条件下单相系统的功率因数(GB/Z17624.7)。目的在于提供各种电功率量的定义及其在非正弦条件下之间的关系。—第8部分:公用电网谐波电流发射与电压相角未来预期。目的在于提供有关公用供电网络上主要为3次和5次谐波电流的相角的当前条件和未来发展的信息。本文件重点考虑了非正弦条件下单相系统的功率因数,提供了各种电气量的定义以及它们在非正弦条件下的关系,以便就基波功率因数和非基波功率因数的定义提供明确的信息,为技术委员会、产品委员会和合格评定机构就非正弦条件下单相系统的功率因数的内容提供建议,具有类似影响量的实验室之间通过对这些报告进行比较,使得国内与电磁兼容相关的各技术委员会对非正弦条件下单相系统的功率因数的处理一致。1GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016电磁兼容综述第7部分:非正弦条件下单相系统的功率因数1范围本文件提供了各种电气量的定义以及它们在非正弦条件下的关系,以便针对功率因数中的两个分量提供明确的信息:由基波电压和电流之间的相位差而产生的基波功率因数、与电压和/或电流畸变有关的非基波功率因数。本文件仅适用于单相系统。本文件适用于下列三种情况:—一般情况,电压和电流都是畸变的(第5章);—电压为正弦,电流仅有由谐波分量引起的畸变的情况(第6章);—电压和电流都是正弦的特殊情况(附录A)。附录B提供了关于基波功率因数的信息,用于描述设备作为负载或发电机的行为。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。r.m.s值r.m.s.value有效值effectivevalue对与时间相关的一个量,在给定的时间区间上该量的平方的平均值的正平方根。注1:一个周期量的方均根值,其积分区间的范围通常是其周期的正整数倍。注2:正弦量a(t)=cos(ωt+ϑ0)的方均根值是Aeff=/2。注3:一个量的方均根值可以由该量的符号加eff或rms之一为下标来表示。注4:在电工技术中,电流i(t)和电压u(t)的方均根值通常分别表示为I和U。[来源:GB/T2900.92—2015,103-02-03]3.2直流分量directcomponent一个量在给定时间间隔内的平均值。[来源:GB/T2900.92—2015,103-06-05,有修改—定义扩展到包含间谐波分量的量]3.3正弦的sinusoidal用于描述由实常数与正弦函数或余弦函数的乘积所表示的交变量,其中正弦函数或余弦函数的自变量是独立变量的线性函数。2GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016注1:实常数是标量量、矢量量或张量量。注2:例子:a(t)=cos(ωt+ϑ0)和a(x)=cos[k(x-x0)]。[来源:GB/T2900.92—2015,103-07-01]3.4初相位initialphase相位角phaseangleϑ0当其独立变量的值为零时一个正弦量的相位值。注:对于量a(t)=cos(ωt+ϑ0),初相位为ϑ0。[来源:GB/T2900.92—2015,103-07-05]3.5周期状态periodicconditions电路元件或电路的一种状态,其特征为所有电流和电压均为具有相同周期T的时间周期函数。[来源:GB/T2900.74—2008,131-11-27,有修改—增加了周期符号T]3.6正弦状态sinusoidalconditions线性电路元件或电路的一种状态,其特征为所有电流和电压均为具有相同频率的时间正弦函数。[来源:GB/T2900.74—2008,131-11-28]3.7瞬时功率instantaneouspowerp(t)对于端子为A和端子B的二端元件或电路,端子间的瞬时电压uAB与该元件或电路中瞬时电流i的乘积式中:p(t)=uAB(t)式中:uAB(t)—端子A和端子B之间电场强度的线性积分;元件或电路中的电流,当其方向是由A到B时,i前取正号,否则取负号。注1:电流方向的定义如GB/T2900.74—2008中131-11-29所述。注2:路。理论中,一般讲,电场强度是无旋的,即有uAB=VA-VB,其中VA和VB分别为端子A和端子B处的注3:在国际单位制(SI)中,瞬时功率的单位为瓦特(W)。注4:二端元件或电路指的是单相设备或系统。[来源:IEC60050-131:2013,131-11-30,有修改—增加了注4]3.8视在功率apparentpowerS二端元件或二端电路端子间电压的方均根值U与该元件或电路中的电流的方均根值I的乘积:S=UI注1:在国际单位制(SI)中,视在功率的单位为伏安(VA)。注2:二端元件或电路指的是单相设备或系统。S=UI[来源:IEC60050-131:2013,131-11-41,有修改—删除了原注1,增加了注2]3.9有功功率activepowerP周期状态下,瞬时功率p(t)在一个周期T内的平均值:3GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016注1:在国际单位制(SI)中,有功功率的单位为瓦特(W)。注2:若电压或电流包含间谐波分量,其波形通常不再是周期性的。在本文件中,交流供电系统的整数个周期内,有功功率近似为瞬时功率的平均值(见5.3.1和5.1.4)。在本文件中,本条定义也适用于周期状态(见6.3和A.3)。[来源:IEC60050-131:2013,131-11-42,有修改—删除了原注1,增加了注2]非有功功率non-activepowerQ~对于周期状态下二端元件或二端电路,其量值等于视在功率S和有功功率P的平方差再取平方根:式中:S—视在功率;P—有功功率。注1:在国际单位制(SI)中,非有功功率的单位为伏安(VA),此量也采用专用单位名称“乏”和符号“var”,见IEC60050-131:2013的131-11-45。注2:二端元件或电路指的是单相设备或系统。[来源:IEC60050-131:2013,131-11-43,有修改—删除了原注1,增加了注2]无功功率reactivepowerQ对于正弦状态下的线性二端元件或二端电路,其量值等于视在功率S和(端子间电压对电流的)相位移角φ的正弦的乘积:IEC60050-131:2013,131-11-45。注2:二端元件或电路指的是单相设备或系统。注3:在非正弦条件下,关于无功功率的定义尚无国际共识,而是有数种定义。在某些文件中,无功功率被当作非有功功率,但有很多种计算公式。[来源:IEC60050-131:2013,131-11-44,有修改—删除了原注1,增加了注2和注3]功率因数powerfactorλ有功功率P的绝对值与视在功率S的比值:注:正弦状态下,功率因数是有功因数的绝对值。[来源:GB/T2900.74—2008,131-11-46,有修改—定义扩展至包含间隙波分量的量]相位移角displacementangle相位差角phasedifferenceangleφ正弦状态下,施加在线性二端元件或二端电路的电压和该元件或电路中的电流之间的相位差。4GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016注1:位移角的余弦是有功因数。注2:线性二端元件或电路指的是单相设备或系统。[来源:GB/T2900.74—2008,131-11-48,有修改—修改了注2]有功因数activefactor对于正弦状态下的二端元件或二端电路,有功功率与视在功率的比值。注1:有功因数等于(端子间电压对电流的)相位移角的余弦,取值范围为-1~+1。注2:二端元件或电路指的是单相设备或系统。[来源:GB/T2900.74—2008,131-11-49,有修改—增加了注2]一个周期量的傅里叶级数中具有该量自身频率的正弦分量。[来源:GB/T2900.92—2015,103-07-19]基准基波分量referencefundamentalcomponent一个按习惯选取的正弦分量,其频率是所有其他分量的基准。注1:本术语用于选取的分量异于基波分量的情形;或因间谐波分量导致该量为非周期量的情形。注2:在本文件中,选择具有交流供电系统频率的分量作为基准基波分量。[来源:GB/T2900.92—2015,103-07-20,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量,并增加了注2]基波频率fundamentalfrequency一个周期量的基波分量的频率。[来源:GB/T2900.92—2015,103-07-21]基准基波频率referencefundamentalfrequency基准基波分量的频率。注:本术语用于基准基波分量异于基波分量的情形,或因间谐波分量导致该量为非周期量的情形。[来源:GB/T2900.92—2015,103-07-22,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量]谐波频率harmonicfrequency基波频率或基准基波频率一倍以上的整数倍频率。注1:如定义了基准基波频率,以替代基波频率。注2:在本文件中,谐波频率总是与交流供电系统的频率有关。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-05,有修改—增加了注1和注2]3.20间谐波频率interharmonicfrequency基准基波频率的非整数倍频率。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-06]3.21谐波分量harmoniccomponent具有谐波频率的正弦分量。5GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-07,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量]3.22间谐波分量interharmoniccomponent具有间谐波频率的正弦分量。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-08,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量]3.23谐波次数harmonicorder任一正弦分量的频率与基波频率或基准基波频率之比。注1:基波分量或基准基波分量的谐波次数为1。注2:定义了基准基波频率,以替代基波频率。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-09,有修改—增加了注2]3.24总畸变含量totaldistortioncontent从一个量中减去其直流分量、基波分量或基准基波分量而得的量。注1:总畸变含量包括谐波分量和间谐波分量(如有)。注2:如定义了基准基波频率,用基准基波分量替代基波分量。注3:总畸变含量是时间的函数。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-11,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量,删除了原注4]3.25谐波含量harmoniccontent一个量中各谐波分量之和。注:谐波含量是时间的函数。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-12,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量,删除了原注2和注3]3.26总谐波率totalharmonicratio总谐波畸变率totalharmonicdistortion;THD一个量的谐波含量的方均根值与该量的基波分量或基准基波分量的方均根值之比。注1:如定义了基准基波频率,基准基波分量替代基波分量。注2:总谐波率通过限定计算到某一特定的谐波次数来近似。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-13,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量]3.27总畸变率totaldistortionratio一个量的总畸变含量的方均根值与该量的基波分量或基准基波分量的方均根值之比。注1:如定义了基准基波频率,基准基波分量替代基波分量。注2:总畸变率通过限定计算到某一特定的谐波次数来近似。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-14,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量]3.28基波因数fundamentalfactor一个量的基波分量的方均根值或基准基波分量的方均根值与该量的方均根值之比。注:如定义了基准基波频率,用以替代基波频率。[来源:GB/T2900.33—2004,551-20-17,有修改—定义扩展至包含间谐波分量的量]6GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:20164总则本文件介绍了各种电气量的定义和彼此之间的关系,当电压u(t)施加于一个单相设备或系统,i(t)即流入该设备或系统的电流。本文件考虑了下列三种情况:—一般情况电压和电流都是畸变的,包含直流分量、谐波分量和间谐波分量(第5章);—假定电压为正弦,电流仅有与谐波分量相关的畸变的情况(第6章);—电压和电流都是正弦的(附录A)。本文件中,基准基波频率是交流供电系统的频率(假定为常数,但不一定等于额定值50Hz或60Hz),所有的谐波或间谐波频率都与此频率相关。对于电压是正弦的,而电流不包含间谐波分量的特殊情况,这些量是周期性的,他们的基波频率等于交流供电系统的频率。所以,在第6章和附录A中,“基准基波频率”一词用“基波频率”替代。本文件中,未限定谐波或间谐波的谐波次数。但是,在实际应用中,谐波次数可被限定为某个特定的次数hmax。通常来说,hmax等于40或50。注:对IEC61557-12中定义的执行测量和监控的设备(PMD),hmax能低至15。5非正弦条件下的电气量5.1电压和电流在稳态条件下,电压或电流的非正弦瞬时值等于直流分量、基准基波频率的正弦分量、谐波或间谐波频率的正弦分量之和。m≠1m>0m≠1式中:u(t)—在t时刻的电压瞬时值;U0—电压的直流分量;U1—电压基准基波分量的方均根值;ω—基准基波频率相关的角频率;t—时间;α1—电压基准基波分量的初相位;m—谐波次数(m是一个除0和1以外的正实数,对于谐波分量,它是一个整数,对于间谐波分量,它是一个非整数);Um—m次谐波或间谐波电压的方均根值;αm—m次谐波或间谐波电压的初相位;i(t)—在t时刻的电流瞬时值;I0—电流的直流分量;I1—电流基准基波分量的方均根值;β1—电流基准基波分量的初相位;7GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016Im—m次谐波或间谐波电流的方均根值;βm—m次谐波或间谐波电流的初相位。电压或电流的非正弦瞬时值也可写为三项之和:u(t)=U0+u1(t)+uD(t)i(t)=I0+i1(t)+iD(t)式中:u1(t)—在t时刻的电压基准基波分量(见5.1.2);uD(t)—在t时刻电压的总畸变含量(见5.1.3);i1(t)—在t时刻的电流基准基波分量(见5.1.2);iD(t)—在t时刻电流的总畸变含量(见5.1.3)。5.1.2基准基波分量电压(电流)的基准基波分量定义为具有交流供电系统频率的电压(电流)的正弦分量:5.1.3总畸变含量从电压(电流)的瞬时值中减去直流分量和基准基波分量可得到电压(电流)的总畸变含量:uD(t)=u(t)-U0-u1(t)iD(t)=i(t)-I0-i1(t)所以,根据5.1.1:m≠1m≠15.1.4电压和电流的方均根值在本文件中,电压的方均根值U(电流I)定义为交流供电系统整数个周期内电压(或电流)平方值的平均值取正平方根:式中:T—基准基波频率的倒数;k—正整数;τ—测量开始的时刻。注:若电压或电流仅因谐波分量引起畸变,则测量时间间隔kT内能准确测量方均根值和功率值。若电压或电流包含间谐波分量,除非测量时间间隔kT包含了每一个间谐波分量的整数周期,否则方均根值和功率值的计算就不准确。对于实际情况,电能大部分为基准基波分量,这样的误差是很小的。时间间隔kT越大,由间谐波分量造成的误差就越小。更多信息见IEEEStd1459—2010。在IECTR61000-4-40中给出了评估包含间谐波和波动分量的信号的实际操作方法。8GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016这些量是几个项之和:U2=U+U+U式中:U0—电压的直流分量;U式中:U0—电压的直流分量;U1—电压基准基波分量的方均根值;UD—电压总畸变含量的方均根值(见5.1.5);I0—电流的直流分量;I1—电流基准基波分量的方均根值;ID—电流总畸变含量的方均根值(见5.1.5)。5.1.5总畸变含量的方均根值根据5.1.3给出的定义,电压(电流)的总畸变含量的方均根值定义如下:U=U2-U-U根据5.1.3,这些量也可写为:I根据5.1.3,这些量也可写为:5.1.6直流比电压的直流比DCRU(电流DCRI)定义为直流分量与其基准基波分量的方均根值的比值:5.1.7总畸变率电压的总畸变率TDRU(电流TDRI)定义为总畸变含量的方均根值与其基准基波分量方均根值的比:注:如无间谐波分量,总畸变率等于总谐波率(THD,也叫总谐波畸变率),见6.1.6。5.2瞬时功率根据定义3.7,瞬时功率p(t)定义为电压u(t)和电流i(t)的乘积:p(t)=u(t)·i(t)5.3有功功率相关的定义5.3.1有功功率若电压或电流包含间谐波分量,它们的波形通常不再是周期性的。在这种情况下,有功功率的近似9GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016值即在一个整数周期kT内瞬时功率p(t)的平均值:注:亦见5.1.4注。有功功率是几个分量之和:m≠1式中:φm—m次电压和电流分量之间的相角。φm=αm-βm有功功率也写为三项之和:P=P0+P1+PD式中:P0—直流功率(见5.3.2);P1—基波有功功率(见5.3.3);PD—畸变有功功率(包括谐波功率和间谐波功率)(见5.3.4)。5.3.2直流功率直流功率P0定义为电压的直流分量和电流的直流分量的乘积:P0=U0I05.3.3基波有功功率基波有功功率P1定义为在一个整数周期kT内电压u1(t)和电流i1(t)基准基波分量乘积的平均值:基波有功功率也写为:P1=U1I1cosφ15.3.4畸变有功功率畸变有功功率PD等于有功功率P减去直流功率P0和基波有功功率P1的差:PD=P-P0-P1根据5.3.1,畸变有功功率也写为:5.4视在功率相关的定义5.4.1视在功率视在功率S定义为电压U的方均根值与电流I的方均根值之乘积:S=U·I注:当保持电压方均根值和线路损耗恒定时,视在功率相当于通过该给定线路传输至某一负荷或系统的最大有功功率。给负荷或系统供电的正弦电压和电流同相位时,则得到有功功率的最大值。10GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016采用电压和电流主要分量各自的方均根值,视在功率也写为:S2=(U+U+U)×(I+I+I)S=S1×1+DCR+TDR×1+DCR+TDR式中:S—视在功率;S1—基波视在功率(见5.4.2);DCRU—电压直流比;TDRU—电压总畸变率;DCRI—电流直流比;TDRI—电流总畸变率。5.4.2基波视在功率基波视在功率S1定义为电压的基准基波分量的方均根值U1与电流的基准基波分量的方均根值I1之乘积:S1=U1·I1对于电压和电流都是正弦的特殊情况,基波视在功率有两个分量:S=P+Q式中:P1—基波有功功率;Q1—基波无功功率。P1=U1I1cosφ1Q1=U1I1sinφ15.5功率因数相关的定义5.5.1功率因数在周期条件下,功率因数λ定义为有功功率P的绝对值与视在功率S的比值:注:因视在功率等于通过某一给定线路传输至某一负荷或系统的最大有功功率(见5.4.1),功率因数可作为利用效率的表征。采用有功功率和视在功率各自主要分量(见5.3.1和5.4.1),功率因数也写为如下:故,功率因数λ写作两个因数的乘积:λ=λ1·λN式中:λ1—基波功率因数(见5.5.2);λN—非基波功率因数(见5.5.3)。5.5.2基波功率因数基波功率因数λ1定义为基波有功功率P1的绝对值与基波视在功率S1的比值:11GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016根据5.4.2,基波功率因数也可写为:λ1=cosφ1基波功率因数仅用于基波量。注:基波功率因数有时也叫作位移因数或位移功率因数。5.5.3非基波功率因数非基波功率因数λN定义为功率因数λ与基波功率因数λ1的比值:故根据5.5.1和5.5.2:非基波功率因数仅用于非基波量:直流、谐波和间谐波分量。5.6小结5.3至5.5中给出的电气量或表征值相关的定义总结如表1所示。表1非正弦条件下电气量的小结量或表征值合成基波非基波视在功率S(VA)S1(VA) S2-S(VA)有功功率P(W)P1(W)P0+PD(W)非有功功率 S2-P2(var)功率因数λ=P/S6电压为正弦和电流仅因谐波引起畸变的情况下的电气量6.1电压和电流在第6章,假定电压为正弦的(当TDRU<5%时,这个假定在电气量上可能有一点小误差。更多信息见6.1.4、6.3、6.4.1、6.5.1),假定电流不含直流分量,仅因谐波引起畸变。在这种情况下,基准基波频率(即交流供电系统的频率)等于傅里叶级数的基波频率。在稳态条件下,电压和电流的瞬时值定义如下:12GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016式中:u(t)—在t时刻的电压瞬时值;U1—电压的方均根值;ω—基波频率对应的角频率;t—时间;α1—电压的初相位;i(t)—在t时刻的电流瞬时值;I1—电流基波分量的方均根值;β1—电流基波分量的初相位;h—谐波次数(h是正整数);Ih—h次谐波电流分量的方均根值;βh—h次谐波电流的初相位。电压或电流的瞬时值也可写为:u(t)=u1(t)i(t)=i1(t)+iH(t)式中:u1(t)—在t时刻的电压基波分量(见6.1.2);i1(t)—在t时刻的电流基波分量(见6.1.2);iH(t)—在t时刻电流的谐波含量(见6.1.3)。6.1.2基波分量电压(电流)的基波分量定义为电压(电流)的傅里叶级数中具有交流供电系统频率的正弦分量。u1(t)=2U1·sin(ωt+α1)i1(t)=2I1·sin(ωt+β1)6.1.3电流的谐波含量电流的谐波含量定义为电流的各次谐波分量之和:6.1.4电压和电流的方均根值电压的方均根值U(电流I)定义为给定的交流供电系统的整数个周期内电压(电流)平方值的平均值取正平方根:式中:T—基波频率的倒数;k—正整数;τ—测量开始的时刻。这些量也写为:13GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016U=U1I2=I+I式中:I1—电流基波分量的方均根值;IH—电流谐波含量的方均根值(见6.1.5)。注:以上公式假定电压为正弦的,在TDRU<5%的情况,电压U的方均根值误差小于0.15%。6.1.5电流谐波含量的方均根值电流谐波含量的方均根值IH可写为如下:I=I2-I根据6.1.3,该量也可写为:6.1.6电流的总谐波率电流的总谐波率(也称为总谐波畸变率THDI)定义为谐波含量的方均根值与基波分量方均根值的比值:6.1.7基波因数电流的基波因数gI定义为电流的基波分量的方均根值与电流方均根值的比值:根据6.1.4和6.1.6,基波因数也可写为:6.2瞬时功率瞬时功率p(t)定义为电压u(t)和电流i(t)的乘积:p(t)=u(t)·i(t)6.3有功功率有功功率P定义为在一个整数周期kT内瞬时功率p(t)的平均值:在电压波形为正弦的情况,有功功率仅剩其基波分量:P=U1I1cosφ1式中:φ1—基波电压和电流分量之间的相角。φ1=α1-β1注:以上公式假定电压为正弦的,在TDRU<5%的情况,有功功率有小于百分之几的误差。这个误差主要取决于电流的谐波含量,一般小于1%,但是在某些特殊情况下可能超过5%。14GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:20166.4视在功率相关的定义6.4.1视在功率视在功率S依然定义为电压的方均根值U与电流的方均根值I之乘积:注1:当保持电压方均根值和线路损耗恒定时,视于通过该给定线路传输至某一负荷或系统的最大有功功率。当给负荷或系统供电的正弦电压和电流同相位时,则得到有功功率的最大值。采用电流主要分量各自的方均根值(见6.1.4),视在功率也可写为:S=S11+THDS2=U·(I+IS=S11+THD式中:S—视在功率;S1—基波视在功率(见6.4.2);THDI—电流的总谐波率。注2:以上公式假定电压为正弦的,在TDRU<5%的情况,视在功率S误差小于0.15%。6.4.2基波视在功率基波视在功率S1定义为电压的基波分量的方均根值U1与电流的基波分量的方均根值I1之乘积:对于电压和电流都是正弦的特殊情况,基波视在功率有两个分量:S1=U1对于电压和电流都是正弦的特殊情况,基波视在功率有两个分量:式中:S=P式中:P1—基波有功功率(在这种情况下即等于有功功率);Q1—基波无功功率。Q=U1I1sinφ1PQ=U1I1sinφ16.5功率因数相关的定义6.5.1功率因数功率因数λ依然定义为有功功率P的绝对值与视在功率S的比值:注1:因视在功率等于通过某一给定线路传输至某一负荷或系统的最大有功功率(见6.4.1),功率因数可作为利用效率的表征。根据6.3、6.4和6.1.7,功率因数也可写为:在这种情况下,功率因数λ可写作两个因数的乘积:式中:λ1式中:λ1—基波功率因数(见6.5.2);15GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016λN—非基波功率因数(见6.5.3)。注2:以上公式假定电压为正弦的,在TDRU<5%的情况,功率因素λ和非基波功率因素λN(见6.5.3)有小于百分之几的误差。这个误差主要取决于电流的谐波含量,一般小于1%,但是在某些特殊情况下可能超过5%。6.5.2基波功率因数基波功率因数λ1依然定义为基波有功功率P1的绝对值与基波视在功率S1的比值:基波功率因数也可写为:注:基波功率因数有时也叫作位移因数或位移功率因数。注:基波功率因数有时也叫作位移因数或位移功率因数。6.5.3非基波功率因数非基波功率因数λN依然定义为功率因数λ与基波功率因数λ1的比值:故:在这种情况下,非基波功率因数等于电流的基波因数。注:亦见6.5.1中注2。6.6小结6.3至6.5中给出的电气量或表征值相关的定义总结如表2所示。表2电压为正弦且电流仅由谐波引起畸变条件下电气量的小结量或表征值合成基波非基波视在功率S(VA)S1(VA)有功功率P(W)P1(W)0非有功功率功率因数16GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016附录A(规范性)正弦条件下的电气量A.1电压和电流的瞬时值在本附录中,主要考虑由正弦电压源为线性负荷供电的情况。这样,通过负荷的电流也是正弦的。电压和电流的瞬时值可定义如下:式中:u(t)—在t时刻的电压瞬时值;U—电压的方均根值;ω—基波频率对应的角频率;t—时间;φ—电压的初相位(在本附录中,φ也是相位移角,见3.13);i(t)—在t时刻的电流瞬时值;I—电流的方均根值。当φ>0时,电压超前于电流;当φ<0时,电压滞后于电流(见图A.1和图A.2)。图A.1当φ>0时,电压超前于电流,相位移角φ示意图图A.2当φ<0时,电压滞后于电流,相位移角φ示意图17GB/Z17624.7—2023/IECTR61000-1-7:2016A.2瞬时功率瞬时功率p(t)定义为电压u(t)和电流i(t)瞬时值的乘积:p(t)=u(t)·i(t)当电压和电流都是正弦的p(t)=u(t)·i(t)式中:p(t)=pa(t)+pq(t)pa(t)—有功功率瞬时值;pq(t)—无功功率瞬时值。pa(t)=P·[1-cos(2ωt)]及P=UIcosφpq(t)=Q·sin(2ωt)及Q=UIsinφ有功功率的瞬时值是由电流的有功分量(与电压同相的分量)产生的。这分量总是正的,相应的能量从电源向负载单向流动。无功功率的瞬时值是由电流的无功分量(与电压正交的分量)产生的。这分量是振荡的,取决于存储在负载电感磁场和电容电场之间的电磁能量,与电源每周期交换两次。无功功率瞬时值的平均值为零,通过网络传输给负载的相应能量为零,但是这些功率振荡将在网络导体传输中产生额外的功率损耗。A.3有功功率有功功率P定义为在一个整数周期kT内瞬时功率p(t)的平均值:式中:T—基波频率的倒数;k—正整数;τ—测量开始的时刻。在正弦条件下,有功功率也写为:P=UIcosφA.4无功功率在正弦条件下,无功功率Q定义为量值等于视在功率S(见A.5)和位移角φ的正弦之乘积的量:注:若负载为感性,Q>0,电流滞后于电压;若负si,0