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總諧波畸變（THD)或總諧波因數(shù)（THF）測量檢測

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發(fā)布時間：2025-08-21 19:28:17 更新時間：2025-08-20 19:28:19

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

總諧波畸變（THD）或總諧波因數(shù)（THF）測量檢測概述

總諧波畸變（Total Harmonic Distortion, THD）和總諧波因數(shù)（Total Harmonic Factor, THF）是衡量電力系統(tǒng)中電壓或電流波形畸變程度的重要電能質(zhì)量參數(shù)。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大量非線性負(fù)載（如變頻器、開關(guān)電源、LED照明、電弧爐等）的接入導(dǎo)致電流和電壓波形偏離理想的正弦波，產(chǎn)生諧波分量，從而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和設(shè)備的正常運行。THD用于量化諧波含量相對于基波分量的相對比例，其值越低，表示波形越接近理想正弦波，電能質(zhì)量越高。THF則從能量角度反映諧波對基波能量的貢獻(xiàn)比例，兩者在工程應(yīng)用中常作為評估電能質(zhì)量的核心指標(biāo)。THD和THF的準(zhǔn)確測量對于電力系統(tǒng)運行監(jiān)測、設(shè)備選型、電能質(zhì)量治理以及滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。隨著智能電網(wǎng)和新能源接入的快速發(fā)展，對THD/THF的實時、高精度檢測需求日益迫切，因此，建立科學(xué)、規(guī)范的檢測項目、選用先進(jìn)的檢測儀器、采用可靠的檢測方法并遵循統(tǒng)一的檢測標(biāo)準(zhǔn)，成為保障電力系統(tǒng)安全、高效運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

檢測項目

在THD/THF測量檢測中，主要檢測項目包括：

電壓總諧波畸變率（VTHD）：測量系統(tǒng)電壓波形中各次諧波電壓有效值與基波電壓有效值之比的平方根。
電流總諧波畸變率（ITHD）：測量負(fù)載電流中各次諧波電流有效值與基波電流有效值之比的平方根。
各次諧波含量（如2次至50次諧波）：逐次分析諧波分量的幅值與相位。
諧波功率因數(shù)與基波功率因數(shù)的對比分析。
瞬時THD變化趨勢監(jiān)測：在不同負(fù)載狀態(tài)或時間段內(nèi)進(jìn)行動態(tài)跟蹤。

檢測儀器

用于THD/THF檢測的儀器需具備高精度、寬頻帶和實時分析能力，常見檢測儀器包括：

電能質(zhì)量分析儀：如Fluke 435、Hioki PW3390、Yokogawa WT3000等，支持多通道輸入，可同時測量電壓、電流、功率、THD、THF等參數(shù)，具備FFT頻譜分析功能，適用于現(xiàn)場與實驗室檢測。
數(shù)字示波器（帶FFT功能）：高端示波器（如Keysight InfiniiVision系列）可通過傅里葉變換實現(xiàn)波形頻譜分析，適用于短時間、高采樣率的諧波檢測。
諧波分析儀：專用于諧波測量的儀器，具有更高的精度和頻率分辨率，常用于實驗室校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)測試。
智能監(jiān)測終端與SCADA系統(tǒng)集成設(shè)備：在大型電力系統(tǒng)中，部署具備THD/THF實時監(jiān)測功能的智能終端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程、連續(xù)監(jiān)測。

檢測方法

THD/THF的檢測通?；诟道锶~變換（FFT）原理，常見方法如下：

離散傅里葉變換法（DFT/FFT）：將采集到的電壓或電流時域信號通過快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換為頻域信號，提取基波分量（50Hz或60Hz）與各次諧波分量，計算THD = √(Σh=2^n Hh2) / H1 × 100%，其中Hh為第h次諧波有效值，H1為基波有效值。
加窗處理法：為減少頻譜泄漏，使用漢寧窗、海明窗等加窗函數(shù)對時域信號進(jìn)行處理，提高頻譜分析的準(zhǔn)確性。
同步采樣法：確保采樣頻率與基波頻率同步，避免柵欄效應(yīng)，提高諧波測量精度。
長期監(jiān)測與統(tǒng)計分析法：對THD/THF進(jìn)行長時間（如24小時）采樣，統(tǒng)計最大值、平均值和95%概率值，以評估系統(tǒng)電能質(zhì)量的穩(wěn)定性。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

THD/THF的測量需遵循國際和國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以確保檢測結(jié)果的可比性和權(quán)威性，主要標(biāo)準(zhǔn)包括：

IEC 61000-4-7：電磁兼容（EMC）第4-7部分，規(guī)定了電力系統(tǒng)中諧波和間諧波的測量方法與限值。
IEC 61000-4-30：電能質(zhì)量測量設(shè)備的性能要求，定義了電能質(zhì)量參數(shù)（包括THD/THF）的測量方法、精度等級和測試條件。
GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》：中國國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了電網(wǎng)中電壓和電流諧波含量的限值，明確THD的測量方法與允許范圍。
GB/T 17626.7-2017《電磁兼容試驗和測量技術(shù) 供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、間諧波的測量和測量儀器》：規(guī)定了諧波測量設(shè)備的技術(shù)要求和測量流程。
IEEE 519-2014：美國電氣與電子工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，對工業(yè)和商業(yè)電力系統(tǒng)中諧波的控制與測量提出指導(dǎo)性限值。

以上標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成了THD/THF檢測的技術(shù)框架，為電力系統(tǒng)設(shè)計、電能質(zhì)量治理和設(shè)備認(rèn)證提供依據(jù)。在實際檢測中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場景（如變電站、工廠、數(shù)據(jù)中心）選擇適當(dāng)?shù)臋z測標(biāo)準(zhǔn)，并確保檢測儀器通過計量檢定或校準(zhǔn)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合規(guī)性。