《T CPSS 1010-2023-电力系统超高次谐波测量方法》

T/CPSS1010—2023

电力系统超高次谐波测量要求

1范围

本文件规定了交流电力系统2kHz～150kHz超高次谐波的测量、分析与数据统计方法。

本文件适用于电力电子变流设备接入的频率50Hz交流电力系统。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T3241—2010电声学倍频程和分倍频程滤波器

GB/T14549—1993电能质量公用电网谐波

GB/T17626.30—2012电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法

GB/T20840.103—2020互感器第103部分：互感器在电能质量测量中的应用

IEC61000-4-30电磁兼容性（EMC）第4-30部分：测试和测量技术电能质量测量方法

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

measurementmethods）

3术语和定义

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

语和定义适用于本文件。

基波（分量）fundamental（component）

对周期性交流量进行傅里叶级数分解，得到的频率与工频相同的分量。

[来源：GB/T14549—1993，3.3]

超高次谐波supraharmonics

电压或电流信号频谱中分布在2kHz～150kHz区间的谐波分量。

时间窗timewindow

在有限时间的观测记录中，采集信号的非周期性会引起能量流入临近频域（频谱泄漏），时间窗是

在整个采集的数据系统中采用加权函数来降低能量流失的数量，即已经被截断的正弦分量。

带通滤波器bandpassfilter

具有单一的传输频带（或具有小的相对衰减的通带）的滤波器，它从大于零的下限频率延伸到有限

的上限频率。

[来源：GB/T3241—2010，3.1]

1

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截止频率cut-offfrequency

带通滤波器的通带的下限频率和上限频率，该频率处振幅较通带区内中心频率的振幅低3dB，故又

称为-3dB频率，单位为Hz。

时间累积timeaggregation

为得到某一较长时间段上的值，对某一给定参数（在相同时间段）的顺序值进行累加。

注：本文件中，累积总是指时间累积。

[来源：GB/T17626.30—2012，3.31]

4超高次谐波测量信号处理方法

超高次谐波测量信号处理方法如图1所示，宜包括以下部分：

a)信号采样及预处理部分主要包括信号调理、滤波和采样环节；

b)数据分析部分主要包括离散傅里叶变换（DFT）、超高次谐波分组和时间累积环节；

c)结果处理部分主要包括测量结果统计、测量结果展示和畸变率评估环节。

信号采样及预处理数据分析结果处理

测量结果存储统计

信号

数据

200ms频谱分组与聚合

DFT

硬件调理电路超高次谐波时间累积

信号采样(3s、10min)

200ms内等间隔选取

个数据组频谱均方根

带通模拟滤波320.5ms32

DFT

器结果输出

图1超高次谐波测量信号处理方法

5信号采样及预处理要求

互感器要求

5.1.1电压互感器

5.1.1.1对于1kV及以下超高次谐波电压，无需通过互感器，直接测量。

5.1.1.2对于1kV以上超高次谐波电压，一般通过电压互感器进行测量，宜参照GB/T20840.103—

2020的6.1选择适用于超高次谐波测量的电压互感器，推荐采用电容分压器、阻容分压器或光学电压

互感器。

5.1.2电流互感器

宜参照GB/T20840.103—2020的6.1选择适用于超高次测量的电流互感器，推荐采用电磁式电流互

感器或光学电流互感器。

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滤波器要求

测量超高次谐波时，应设置2个独立的模拟滤波器，以分离2kHz～9kHz和9kHz～150kHz频段信号。

具体要求如下：

a)2kHz～9kHz滤波器为带通滤波器，由级联的高通、低通滤波器组成，高通滤波器的截止频率

应不高于1.5kHz且对基波分量的衰减量应不低于-55dB，低通滤波器的截止频率应不低于12

kHz；

b)9kHz～150kHz滤波器为带通滤波器，由级联的高通、低通滤波器组成，高通滤波器的截止频

率应不高于6.5kHz且对基波分量的衰减量应不低于-55dB，低通滤波器的截止频率应不低于

200kHz。

数据采样要求

5.3.1超高次谐波可采用等时间间隔采样方式。

5.3.2采样频率与滤波器参数关系应满足图2要求，为防止衰减量未达到-50dB的信号混叠进入超高

次谐波测量范围，最低采样频率按式（1）确定。

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

式中：

fs——采样频率，单位为千赫兹(kHz)；

fh_max——超高次谐波测量上限频率，单位为千赫兹(kHz)；

fr2——低通滤波器-50dB阻带频率(kHz)。

增益

超高次谐波测量范围

-3dB

混叠区域

-50dB

-55dB

fr1fc1fh_minfh_maxfc2fs/2fr2fs频率/kHz

注：fc1：高通滤波器截止频率；fc2：低通滤波器截止频率；fr1：高通滤波器-55dB阻带频率；fr2：低通滤波器-50dB阻带频率；

fh_min：超高次谐波测量下限频率；fh_max：超高次谐波测量上限频率；fs：采样频率。

图2采样频率与滤波器参数关系示意图

5.3.3不同频段应采用不同采样频率，在满足第5.3.2节要求下，各频段采样频率宜选取下列典型值：

a)测量2kHz～9kHz范围内信号，推荐采用102.4kHz；

b)测量9kHz～150kHz范围内信号，推荐采用1024kHz。

3

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6超高次谐波数据分析

时间窗

采样的电压电流信号宜采用DFT分析，时间窗函数宜采用矩形窗，其中2kHz～9kHz时间窗宽度宜

采用200ms，9kHz～150kHz时间窗宽度宜采用0.5ms。

2kHz～9kHz超高次谐波数据分析

2kHz～9kHz频段的超高次谐波数据分析方法如下：

a)对200ms采样数据进行DFT运算，得到频谱分辨率为5Hz的初步分析结果，见图3；

幅值Y200ms采样数据DFT后频谱分辨率为5Hz

c起点

2k2.2k2.4k8.8k9k频率/Hz

Y，Y，

B2100B2300YB，8900

图32kHz-9kHz频段的超高次谐波分组

b)将步骤a）中的分析结果按照200Hz带宽进行分组处理，起点位于该组谐波范围内的第一个5

Hz频谱位置，第一组的中心频率为2.1kHz，其余各组中心频率b的取值计算见公式（2）；

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

c)每组内的40个频谱按照谐波组算法进行聚合，其计算见公式（3），得到该组超高次谐波的整

体数值YB,b。

b+100Hz

2（3）

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

fb=−95Hz

式中：

b——超高次谐波中心频率，如式（2）所示；

Yc,f——步骤a）中初步分析结果中频率f处对应的频谱幅值，下标f为间隔为5Hz的频率点。

9kHz～150kHz超高次谐波数据分析

9kHz～150kHz频段的超高次谐波数据分析方法如下：

a)每200ms数据等间隔选择32组0.5ms数据，见图4；

b)对0.5ms数据进行DFT运算，得到频率间隔为2kHz的频谱，如图5所示，处于9kHz～150

kHz频段内的频率共有71个，分别为10kHz、12kHz、14kHz……150kHz；

c)对32组0.5ms数据分别进行步骤b），共得到32组频谱，每个频率点对应有32个幅值，记

频率点b处的第i个频谱幅值为Yb,i，其中b=10kHz，12kHz，14kHz……150kHz，i=1，2，

3……32；

d)对每个频率点处的32个幅值进行均方根值计算，得到频率点b处的测量结果如公式（4）所

示。

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020406080100120140160180200

a）原始信号b）超高次谐波信号

图49kHz~150kHz频段内数据取样方法示意图

幅值Yc0.5ms数据DFT后频谱分辨率为2kHz

02k4k6k8k10k12k14k16k18k148k150k频率

/Hz

图5时间窗为0.5ms的数据段DFT运算频谱

32

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

YYb=∑bi,

32i=1

式中：

Yb,i——频率点b处的第i个频谱幅值。

时间累积要求

6.4.13s累积

3s累积应以15个200ms时段进行累积，对超高次谐波各频点200ms处理结果的最大值、最小值、平

均值、95%概率大值进行累积运算。

6.4.210min累积

10min累积应以3000个200ms时段进行累积，对超高次谐波各频点200ms处理结果的最大值、最小

值、平均值、95%概率大值进行累积运算。

7测量结果计算方法

超高次谐波幅值展示

超高次谐波测量结果展示方法如下：

a)2kHz～9kHz范围内超高次谐波按照第6.2节的中心频率处的幅值计算结果进行展示；

b)9kHz～150kHz范围内超高次谐波按照第6.3节中间隔为2kHz的频率点处的幅值计算结果进行

展示，第一个频率点为10kHz。

超高次谐波含有率计算方法

单个频率处的超高次谐波含有率宜采用公式（5）进行量化评估。

5

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Y

f（5）

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

Y1

式中：

f——2kHz～9kHz范围内的中心频率，9kHz～150kHz范围内以10kHz为起点，间隔为2kHz的频

率点；

Y1——基波分量，测量方法参照附录A。

超高次谐波畸变率计算方法

超高次谐波畸变率计算方法如下:

a)2kHz～9kHz范围内的超高次谐波畸变率宜采用公式（6）进行量化评估，即该范围内所有中

心频率处幅值的方均根值与基波分量的比值；

8.9kHz

2

∑Yb

b=(2.1+×0.2kk)kHz，=0,1,234（6）

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

Y1

b)9kHz～150kHz范围内的超高次谐波畸变率宜采用公式（7）进行量化评估，即该范围内所有

频率点处幅值的方均根值与基波分量的比值；

150kHz

2

∑Yb

b=(10+×2kk)kHz，=0,1,270（7）

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

Y1

c)2kHz～150kHz范围内的总超高次谐波畸变率宜采用公式（8）进行量化评估；

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，测量方法参照附录A。

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附录A

（资料性）

基波分量测量方法

A.1滤波

设置模拟低通滤波器，抑制谐波对信号过零点的干扰，其截止频率应大于50Hz且不宜高于75Hz。

A.2分析时段确定

通过正向过零点的采样点确定分析时段，见图A.1，具体方法如下：

a)寻找信号中满足x[t]≤0且x[t+Ts)]≥0的采样点，按式（A.1）以绝对值较小的采样点作为数

据分析的起始采样点x[t0]；

，（）

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

式中：

x[t]——t时刻的信号采样点；

Ts——采样周期，Ts=1/fs；

||——取绝对值运算；

min{}——取最小值运算；

t0——数据分析的起始采样点对应的时间。

b)持续搜寻第11个满足x[t+n×Ts]≤0且x[t+(n+1)×Ts]≥0条件的采样点，再按式（A.2）方

法，以绝对值较小的采样点作为数据分析的结束采样点x[te]；

，（）（）

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

式中：

n——第11个满足条件的采样点与第一个采样点的间隔周期；

te——数据分析的结束采样点对应的时间。

c)根据数据分析起始和结束时间差与采样周期的比值，计算此时段的采样点数，见式（A.3）。

tt-

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

Ts