基于IEC標(biāo)準(zhǔn)的超高次諧波測(cè)量方法差異性分析

胡子珩，李艷，張華贏，汪偉，朱明星，焦亞東

(1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000； 2.安徽大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，合肥 230601)

0 引 言

電力系統(tǒng)電力電子化衍生出了更高頻率諧波，其引發(fā)的設(shè)備故障、載波通信干擾、電磁振蕩等電磁兼容問題日趨增多，引起了相關(guān)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注[1-3]。起初將研究重點(diǎn)集中在2 kHz～9 kHz頻率范圍，伴隨功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的快速發(fā)展，促使將研究諧波頻率上限拓展至150 kHz。2014年發(fā)表的文獻(xiàn)[4]首次將2 kHz～150 kH頻率范圍內(nèi)的諧波定義為超高次諧波(Supraharmonics)，并逐漸被業(yè)界所認(rèn)同。

當(dāng)前對(duì)超高次諧波的研究還處于起步階段，圍繞其兼容水平、抗擾度水平、發(fā)射限值以及測(cè)量方法等方面缺乏完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。由于IEC關(guān)于超高次諧波的兼容水平[5]的發(fā)布以及發(fā)射限值的標(biāo)準(zhǔn)化工作的啟動(dòng)，致使以相同的測(cè)量方法在實(shí)驗(yàn)室和電網(wǎng)條件下準(zhǔn)確量化超高次諧波發(fā)射水平的需求越發(fā)迫切。目前,設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室條件下的超高次諧波發(fā)射水平是根據(jù)無線電廣播標(biāo)準(zhǔn)CISPR 16-2-1[6]測(cè)量的,它需要對(duì)待測(cè)信號(hào)在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次掃描以確定信號(hào)頻譜，計(jì)算過程繁瑣且對(duì)測(cè)量?jī)x器硬件配置有較高要求，也不滿足IEC對(duì)測(cè)量的重復(fù)性和可比性要求，不適用電網(wǎng)超高次諧波的測(cè)量；而IEC標(biāo)準(zhǔn)中至今也未給出一種測(cè)量電網(wǎng)超高次諧波的規(guī)范方法，僅在IEC 61000-4-7[7]和IEC 61000-4-30[8]的信息性附錄中分別提供了2 kHz～9 kHz和9 kHz～150 kHz頻率范圍超高次諧波的測(cè)量方法，但兩者之間存在根本性的差異。文獻(xiàn)[9-11]對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)中提供的超高次諧波測(cè)量方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹和對(duì)比，指出測(cè)量方法的差異性對(duì)于構(gòu)建統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)框架的不利影響，但采用何種超高次諧波測(cè)量方法更為科學(xué)未有定論。因缺少超高次諧波測(cè)量的規(guī)范方法，已導(dǎo)致現(xiàn)有測(cè)量超高次諧波的電能質(zhì)量?jī)x器的制造商選擇了不同的實(shí)現(xiàn)方式，既有采用IEC 61000-4-7或IEC61000-4-30中提出的方法，也有采用其它新方法。如文獻(xiàn)[12]中提出了一種基于壓縮感知的超高次諧波測(cè)量新方法，克服DFT算法的局限性，無需延長(zhǎng)信號(hào)觀測(cè)時(shí)間即可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)的頻率分辨率，極大減少計(jì)算負(fù)擔(dān)。而文獻(xiàn)[13]則提供了一種基于模擬濾波器組和子采樣方法，在不顯著修改PQ分析儀的硬件和軟件的情況下實(shí)現(xiàn)超高次諧波的測(cè)量。盡管這些方法在某些特定場(chǎng)景中有著卓越性，但無疑也會(huì)造成不同類型測(cè)量?jī)x器測(cè)量的結(jié)果存在較大差異的現(xiàn)狀，給工程應(yīng)用中超高次諧波的監(jiān)測(cè)、治理以及評(píng)估等帶來困難和障礙。

文中通過比較研究標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-7和IEC 61000-4-30對(duì)超高次諧波測(cè)量方法規(guī)定的差異與不足，提出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施。然后，采用改進(jìn)前后的測(cè)量方法對(duì)多類型典型信號(hào)進(jìn)行仿真分析，從頻譜泄露、聚合帶寬以及幅值調(diào)制檢測(cè)等角度研究不同測(cè)量方法之間差異所造成的影響。最后，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)綜合評(píng)估各測(cè)量方法的效果，并給出應(yīng)用建議，為2 kHz～150 kHz范圍內(nèi)超高次諧波測(cè)量的統(tǒng)一提供參考。

1 超高次諧波測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)分析

1.1 基于標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-7的測(cè)量方法

標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-7的Ed.2.1版本在附錄B中規(guī)定的2 kHz～9 kHz范圍超高次諧波的測(cè)量方法，是一種無間隙聚合測(cè)量方法。該方法取寬度為200 ms(10周波)的矩形窗數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT分析，得到分辨率為5 Hz的離散頻譜，因標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為超高次諧波的測(cè)量在頻域內(nèi)無需很高的分辨率，故參考CISPR 16-2-1中帶寬要求，將200 Hz帶寬中的譜線YC,f以方和根的形式聚合到中心頻率為b的頻段YB,b中，具體如式(1)所示：

(1)

式中b=(2100+k×200)Hz,k∈N。

根據(jù)圖1可知，在2 kHz～9 kHz頻率范圍內(nèi)，共計(jì)有35組頻段。第一個(gè)頻段的中心頻率是2.1 kHz，其它頻段中心頻率則在其基礎(chǔ)上以200 Hz的間隔累增。

圖1 2 kHz～9 kHz范圍內(nèi)超高次諧波頻譜聚合示意圖

1.2 基于標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-30的測(cè)量方法

在2015年修訂頒布的IEC 61000-4-30的Ed.3版本附錄C中對(duì)2 kHz～150 kHz范圍超高次諧波提供3種可選的測(cè)量方法，排除不適用于電網(wǎng)測(cè)量的CISPR 16方法，其他兩種測(cè)量方法如下。

(1)考慮測(cè)量方法滿足A級(jí)和S級(jí)要求，可將IEC 61000-4-7標(biāo)準(zhǔn)中附錄B給出的適用于2 kHz～9 kHz頻率范圍的測(cè)量方法的頻率上限擴(kuò)展到150 kHz，在不考慮數(shù)據(jù)計(jì)算、傳輸以及存儲(chǔ)的條件下，有效解決了測(cè)量方法統(tǒng)一性問題[14];

(2)為降低測(cè)量成本，縮減數(shù)據(jù)量，提出一種適合于電網(wǎng)的9 kHz～150 kHz頻率范圍內(nèi)的測(cè)量方法，其以200 Hz的整數(shù)倍帶寬將該頻率范圍劃分為等寬段，以此帶寬對(duì)應(yīng)的時(shí)間窗，在10周波內(nèi)進(jìn)行多組分析，帶寬優(yōu)選200 Hz或2 kHz。

以2 kHz帶寬為例，對(duì)1 024 kHz采樣率采樣的信號(hào)，通過級(jí)聯(lián)的低通和高通濾波器濾除低于2 kHz和高于200 kHz的成分，再?gòu)拿總€(gè)10周波信號(hào)中，等時(shí)間間隔地均勻分布的選取32個(gè)長(zhǎng)度為0.5 ms的時(shí)間窗數(shù)據(jù)(見圖2)進(jìn)行DFT分析，得到32組數(shù)據(jù)，每組共256條譜線，頻率分辨率為2 kHz。對(duì)每組數(shù)據(jù)，均棄用前4條(即0～6 kHz)和后181條譜線(即150 kHz～512 kHz)，留存下來71條譜線覆蓋8 kHz～150 kHz頻率范圍，然后照式(2)～式(4)計(jì)算71條譜線的最小值、最大值和平均值。一般情況下，平均值可以為算術(shù)平均值或方均根值，參考IEC 61000-4-30對(duì)其它電能質(zhì)量參數(shù)(如諧波)累積方式，建議采用方均根值，后續(xù)簡(jiǎn)稱有效值。

圖2 數(shù)據(jù)選取示意圖

(2)

(3)

(4)

式中Yf為頻率為f的譜線幅值；N為10周波內(nèi)DFT頻次，N=32。

1.3 問題與改進(jìn)措施

相對(duì)于IEC 61000-4-30側(cè)重于數(shù)據(jù)的總體特征描述，IEC 61000-4-7主要應(yīng)用在設(shè)備發(fā)射水平測(cè)量中，對(duì)于精度要求更高，導(dǎo)致2 kHz～150 kHz范圍內(nèi)超高次諧波測(cè)量方法存在差異，主要問題如下：

(1)IEC 61000-4-7方法適用于2 kHz～9 kHz范圍的超高次諧波測(cè)量，而IEC 61000-4-30適用于9 kHz～150 kHz，測(cè)量方法的不同導(dǎo)致兩者的頻域帶寬不相同，2 kHz～150 kHz超高次諧波測(cè)量結(jié)果無法統(tǒng)一；

(2)IEC 61000-4-30推薦的第二種簡(jiǎn)化方法，在10周期的測(cè)量時(shí)段內(nèi)僅計(jì)算了32個(gè)0.5 ms的時(shí)間窗，有效利用數(shù)據(jù)約8%，屬于有間隙的測(cè)量方法。這種測(cè)量方法可能會(huì)遇到始終位于測(cè)量間隙中的周期性短時(shí)高頻干擾的情況，從而造成測(cè)量信息的遺漏[15]。實(shí)際上，IEC 61000-4-30規(guī)定A級(jí)儀器對(duì)于低于2 kHz的電能質(zhì)量參數(shù)測(cè)量要求無間隙，這也應(yīng)該適用于超高次諧波；

(3)IEC標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于超高次諧波測(cè)量方法分析都提供在信息性附錄中，偏向于指導(dǎo)性質(zhì)，無約束和規(guī)范作用；

故在此基礎(chǔ)上本文進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，表1為超高次諧波測(cè)量方法存在問題的改進(jìn)方案對(duì)比。其中方法M12將IEC 61000-4-7方法中的帶寬改為2kHz，具體聚合方式參照式(1)，實(shí)現(xiàn)與方法M21相同的帶寬；而方法M22將IEC 61000-4-30方法改為每10周波等時(shí)間間隔取40個(gè)長(zhǎng)度為5 ms的時(shí)間窗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這使得帶寬變?yōu)?00 Hz，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了無間隙測(cè)量。盡管該改進(jìn)方法下單次DFT結(jié)果的數(shù)據(jù)量較方法M21增加10倍，但依舊遠(yuǎn)低于方法M11，同時(shí)該方法只要采樣頻率不低于409.6 kHz即可，為降低測(cè)量?jī)x器采樣頻率創(chuàng)造了可能。

表1 超高次諧波測(cè)量方法對(duì)比

2 典型信號(hào)仿真分析

2.1 典型信號(hào)的構(gòu)造

為了對(duì)不同測(cè)量方法的差異性的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過改變超高次諧波的幅值和頻率的變化特征，構(gòu)造類同電力電子設(shè)備超高次諧波發(fā)射特性的不同典型信號(hào)，具體情況見表2。

表2 典型信號(hào)

2.2 恒定幅值的變頻率信號(hào)分析

表1中的測(cè)量方法都是基于傅立葉變換方法，當(dāng)測(cè)量方法的時(shí)域矩形窗寬度與測(cè)量信號(hào)周期不呈整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，就會(huì)發(fā)生頻譜泄露。眾所周知，頻譜的泄漏受到頻率分辨率、譜線聚合方式等因素的影響，頻率分辨率越小(時(shí)間分辨率越大)其發(fā)生泄漏概率越小，而譜線聚合帶寬越寬回收泄露的能量越多(單譜)，則泄漏造成的測(cè)量誤差越小。

圖3為信號(hào)1在頻率由9.8 kHz逐漸增大到10.3 kHz過程中，采用方法M11(中心頻率為10.1 kHz)和M22測(cè)量的10 kHz處的信號(hào)幅值變化趨勢(shì)。信號(hào)在10 kHz～10.2 kHz范圍內(nèi)，頻率分辨率5 Hz并采用200 Hz帶寬聚合的方法M11測(cè)量結(jié)果明顯優(yōu)于頻率分辨率為200 Hz的無聚合方法M22。在信號(hào)1頻率為10.101 kHz時(shí)，采用2種測(cè)量方法所得頻譜，如圖4所示。

圖3 不同測(cè)量方法對(duì)掃頻信號(hào)測(cè)量結(jié)果

圖4 不同測(cè)量方法分析的f=10.101 kHz的恒定幅值信號(hào)頻譜

說明在考慮頻譜泄漏影響時(shí)，基于IEC 61000-4-7的測(cè)量方法比IEC 61000-4-30的測(cè)量方法更適合于恒定幅值的超高次諧波測(cè)量。

方法M11采用了頻譜的聚合，可聚合帶寬總是有限的，其必然存在邊界，信號(hào)在邊界左右的測(cè)量結(jié)果存在極大差異(圖3)，這不利于超高次諧波的測(cè)量。以VSC變流器為例，其發(fā)射的超高次諧波[16-17]以其開關(guān)頻率fs為中心，并且與開關(guān)頻率fs的距離為基頻f1的奇數(shù)倍，即f=mfs±nf1，m,n∈N，如圖5所示，其主導(dǎo)分量被分配給兩個(gè)不同的200 Hz頻帶，但當(dāng)開關(guān)頻率發(fā)生Δf的偏移，造成主導(dǎo)分量越過聚合邊界,集中到同一個(gè)200 Hz頻帶，在這兩種情況下，即使信號(hào)幅值不發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)較大差距，最惡劣情況兩次測(cè)量結(jié)果差距可能超過50%。而M12方法增大了聚合帶寬(2 kHz)，將加劇這種影響。

圖5 頻譜聚合邊界影響示意圖

為了消除聚合的邊界對(duì)測(cè)量結(jié)果的一致性以及發(fā)射水平的影響，可采用兩個(gè)相同的帶寬進(jìn)行頻譜的錯(cuò)位聚合的方法，向前錯(cuò)位頻率為帶寬的一半，圖6為帶寬為200 Hz的方法M11錯(cuò)位聚合示意，對(duì)于帶寬為2 kHz的方法M12可參考使用1 kHz進(jìn)行錯(cuò)位計(jì)算。然后，可以使用錯(cuò)位聚合結(jié)果的較大值作為測(cè)量結(jié)果。

圖6 錯(cuò)位聚合方法

當(dāng)前超高次諧波的發(fā)射在頻譜上有兩種類型，一種表現(xiàn)為窄頻特征，如各類逆變器；另一類是寬頻特征，如電力載波通信和照明，故用信號(hào)2對(duì)其進(jìn)行模擬，不同方法的測(cè)量結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同測(cè)量方法對(duì)窄寬頻譜信號(hào)測(cè)量結(jié)果

根據(jù)圖7可知，對(duì)于寬頻發(fā)射(20 kHz～30 kHz)，方法M12測(cè)量結(jié)果大于方法M11和M22約3.16倍，而方法M21盡管受到泄露的影響，但其結(jié)果也大于方法M11和M22。造成這種差異原因是由信號(hào)能量聚合級(jí)別不同造成的。根據(jù)方法M11和M12的規(guī)定，將10個(gè)幅值相等的200 Hz頻段X200，聚合到2 kHz頻段中X2k，按照式(5)和式(6)可得X2k將比Xi200中的每個(gè)值大10 dB。但在窄頻發(fā)射(10 kHz)的情況下，這種影響并不顯著，4種測(cè)量方法測(cè)量的信號(hào)幅值基本都等于給定值。

(5)

(6)

特別注意，隨著帶寬的增加，測(cè)量過程中無法回避的噪音將被越來越多的聚合到同一個(gè)頻段中，最終導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏高于真實(shí)水平，為減少這種影響需要分析的信號(hào)的信噪比足夠的高。同時(shí)圖7也表明不同帶寬測(cè)量結(jié)果是不可以直接比較的。因此，在2 kHz～150 kHz頻率范圍內(nèi)應(yīng)避免應(yīng)用具有不同帶寬的測(cè)量方法。

2.3 恒定頻率的變幅值信號(hào)分析

PWM調(diào)制技術(shù)是造成電力電子設(shè)備發(fā)射超高次諧波的根源，功率器件的開關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)與變換造成超高次諧波幅值的變化，以矩形變化和正弦變化為特征進(jìn)行模擬。

圖8為4種測(cè)量方法對(duì)信號(hào)3進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果。

圖8 不同測(cè)量方法對(duì)矩形變化信號(hào)測(cè)量結(jié)果

該信號(hào)在10周波內(nèi)的給定有效值為:

(7)

由圖8可知，方法M11和M12分析結(jié)果分別為7.67 A和7.71 A，都小于給定值，其測(cè)量誤差分別為-3.03%和-2.53%，后者因帶寬更大，回收更多泄露分量，故誤差相對(duì)小。但基于IEC 61000-4-7標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量算法的結(jié)果為200 ms時(shí)間窗(時(shí)間分辨率)內(nèi)的平均，無法檢測(cè)出幅值調(diào)制周期小于該時(shí)間分辨率的信號(hào)。而方法M21和M22分析結(jié)果與給定值相同，同時(shí)因?yàn)闇y(cè)量時(shí)間窗比幅值調(diào)制周期短，可以利用最大值和最小值間的變化差異，測(cè)量到信號(hào)幅值調(diào)制信息，并通過最大值確定最嚴(yán)重的發(fā)射量。但測(cè)量時(shí)間窗的減小也帶來對(duì)信號(hào)變化的敏感問題，當(dāng)信號(hào)的分析起始點(diǎn)不同，分析結(jié)果也存在較大差異，結(jié)果如圖9所示。

圖9 信號(hào)起始點(diǎn)對(duì)測(cè)量方法的影響

根據(jù)圖9不難發(fā)現(xiàn)，采用200 ms分析時(shí)間窗的方法M11和M12，測(cè)量結(jié)果恒定不變，不受信號(hào)分析起始點(diǎn)影響。而方法M21和M22的測(cè)量結(jié)果均不同程度地受到信號(hào)分析起始點(diǎn)變化的影響。分析時(shí)間窗為0.5 ms的方法M21測(cè)量的最大值和最小值結(jié)果不受影響，有效值結(jié)果受到影響較小，最大偏差值為7.81A，測(cè)量誤差不超過-1.26%；但分析時(shí)間窗為5 ms的方法M22受到影響比較明顯，最大值和最小值以及有效值在某個(gè)點(diǎn)達(dá)到極值7.5A，此時(shí)最大值和最小值測(cè)量的最大誤差分別為-25%和+50%，對(duì)于信號(hào)的幅值調(diào)制測(cè)量不再準(zhǔn)確，并且有效值最大誤差也達(dá)到-5.18%。這說明測(cè)量方法的分析時(shí)間窗與信號(hào)變化周期越接近，對(duì)分析信號(hào)的起始點(diǎn)的變化越敏感，測(cè)量結(jié)果誤差越大，因此時(shí)間窗越小越能準(zhǔn)確反映信號(hào)的幅值的動(dòng)態(tài)變化。

以正弦形式進(jìn)行幅值變化的信號(hào)4，如式(8)所示，其在頻域的特征表現(xiàn)為頻率為(10±0.05)kHz，幅值為5 A的兩個(gè)信號(hào)的疊加，對(duì)該信號(hào)的分析結(jié)果如圖10所示。

(8)

式中fs=10 kHz；f1=50 Hz。

圖10 不同測(cè)量方法對(duì)正弦變化信號(hào)測(cè)量結(jié)果

同時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，方法M21和M22盡管受到泄漏的影響，但在9 kHz～10 kHz內(nèi)的測(cè)量結(jié)果卻大于M11和M12方法，這就是聚合邊界不利影響的體現(xiàn)，可使用錯(cuò)位聚合方法消除，錯(cuò)位聚合后在10 kHz處可得結(jié)果為7.07 A。

綜上所述，通過4種具有超高次諧波發(fā)射的幅值和頻率特性的構(gòu)造信號(hào)，從頻譜泄露、聚合帶寬以及幅值調(diào)制檢測(cè)等角度詳細(xì)對(duì)比了IEC 61000-4-7和IEC 61000-4-30及其改進(jìn)測(cè)量方法，發(fā)現(xiàn)不同方法對(duì)于相同信號(hào)的測(cè)量結(jié)果存在明顯的不同，但都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，采用何種算法還應(yīng)根據(jù)超高次諧波的發(fā)射特征來決定，但前提應(yīng)將超高次諧波整個(gè)頻率范圍當(dāng)成整體來考慮。

3 測(cè)量方法應(yīng)用分析與建議

3.1 應(yīng)用分析

為進(jìn)一步衡量這些測(cè)量方法的差異與特點(diǎn)，通過某電動(dòng)汽車充電站充電樁的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用分析。該充電站內(nèi)有交流和直流兩種充電樁，其中交流充電樁的開關(guān)頻率為15 kHz，直流充電樁為22.5 kHz。選擇一臺(tái)42 kW滿功率運(yùn)行的交流充電樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采樣頻率為1 024 kHz，測(cè)試的單相電流以及通過濾波后的超高次諧波波形如圖11所示。

該交流充電樁在工作時(shí)產(chǎn)生了超高次諧波，其波形變化類似幅值的正弦變化情況，利用表1中的4種測(cè)量方法對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為了更好對(duì)比差異，每種方法均單獨(dú)應(yīng)用在2 kHz～150 kHz頻率范圍，結(jié)果如圖12和表3所示。

圖12 不同測(cè)量方法對(duì)于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果

通過圖12和表3中各測(cè)量方法對(duì)該充電樁超高次諧波的分析結(jié)果，可得以下結(jié)論：

(1)不同測(cè)量方法的分析結(jié)果受測(cè)量噪音影響不相同。相同帶寬下，因?yàn)闀r(shí)間分辨率的差異，導(dǎo)致方法M11和M12較方法M21和M22受到測(cè)量噪音影響?。欢煌瑤捪?，方法M12測(cè)量結(jié)果與M11間存在10 dB的差異，詳見式(6)，方法M12則大于M22約20 dB，這對(duì)以后兼容水平、抗擾度水平、發(fā)射限值的確定是不利的；

(2)帶寬越小的測(cè)量方法越能清晰反應(yīng)設(shè)備的超高次發(fā)射特性，頻率越高越明顯。帶寬為200 Hz的方法M11和M22相對(duì)于帶寬為2 kHz的方法M21和M22的測(cè)量結(jié)果，可以更明顯看到交流充電樁在開關(guān)頻率(15 kHz)及其整數(shù)倍數(shù)處的發(fā)射情況，同時(shí)還測(cè)量到直流充電樁產(chǎn)生超高次諧波對(duì)它的影響；

(3)方法M11的聚合錯(cuò)位方法可以有效避免邊界造成的測(cè)量誤差(表3中22.5 kHz頻率處)，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；

(4)相同帶寬的測(cè)量方法之間在超高次諧波處的測(cè)量誤差比不同帶寬的測(cè)量方法小，同時(shí)帶寬越小誤差越小。如表3所示，方法M11和M22在超高次諧波處測(cè)量結(jié)果較為貼近，最大誤差不超過2%，故若考慮儀器硬件要求時(shí)，在9 kHz～150 kHz采用方法M22成為一種可選方案。而方法M11和M21在超高次諧波處測(cè)量誤差最高達(dá)到8%以上，結(jié)合噪音的影響，更加說明不同帶寬下測(cè)量結(jié)果無可比性；

(5)越大的時(shí)間窗(時(shí)間分辨率)越無法測(cè)量到幅值的調(diào)制，表3中測(cè)量的最大值和最小值間的差值，表明方法M21優(yōu)于M22。但如果對(duì)于幅值變化的關(guān)注需求不高，可考慮方法M22。

表3 不同測(cè)量方法測(cè)量的超高次諧波

3.2 應(yīng)用建議

綜合構(gòu)造典型信號(hào)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，在保證2 kHz～150 kHz頻率范圍內(nèi)測(cè)量方法的帶寬一致原則下，超高次諧波的測(cè)量可參考表4。

表4 超高次諧波測(cè)量方法分頻段組合應(yīng)用建議

因當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，主要采用方法CISPR 16-2-1測(cè)量設(shè)備超高次諧波發(fā)射水平，其結(jié)果是確定發(fā)射限值的重要依據(jù)。鑒于該方法的測(cè)量帶寬為200 Hz，為保持統(tǒng)一，應(yīng)優(yōu)先考慮200 Hz帶寬的測(cè)量方法。同時(shí)此帶寬對(duì)應(yīng)的測(cè)量方法也都滿足當(dāng)前IEC對(duì)于A級(jí)儀器的無間隙要求，故具體應(yīng)用建議如下：

(1)若對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度要求較高時(shí)，選擇可以減小頻譜泄露以及抗噪音干擾的測(cè)量方法組合1，但必須使用頻譜的錯(cuò)位聚合；

(2)若要考慮測(cè)量?jī)x器硬件或者需要關(guān)注信號(hào)幅值調(diào)制情況時(shí)，可適當(dāng)犧牲準(zhǔn)確性，優(yōu)先采用測(cè)量方法組合2，次之考慮測(cè)量方法組合3。

(3)對(duì)于測(cè)量方法組合4或組合5，一般情況下不推薦，但對(duì)于B級(jí)儀器(自定義)或有測(cè)試儀器硬件限制等其他特殊情況時(shí)可應(yīng)用，但結(jié)果只做參考，不能作為衡量其真實(shí)發(fā)射水平的依據(jù)，同時(shí)對(duì)于測(cè)量信號(hào)的信噪比要有足夠高的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過構(gòu)造的典型信號(hào)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比研究了基于標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-7和IEC 61000-4-30提供和改進(jìn)的超高次諧波測(cè)量方法的差異性，得到以下結(jié)論：

(1)目前IEC標(biāo)準(zhǔn)在2 kHz～9 kHz和9 kHz～150 kHz范圍內(nèi)提供的測(cè)量方法在測(cè)量帶寬上存在差異，帶來能量聚合等級(jí)的不同，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果無可比性，因此規(guī)范的測(cè)量方法必須遵循2 kHz～150 kHz頻率范圍內(nèi)帶寬一致的原則；

(2)盡管基于IEC 61000-4-7的測(cè)量方法M11在超高次諧波測(cè)量的準(zhǔn)確性中具有優(yōu)勢(shì)，但必須通過頻譜的錯(cuò)位聚合方法消除頻譜聚合邊界所帶來的誤差問題；同時(shí)該方法的時(shí)間分辨率較大(200 ms)，不適合對(duì)超高次諧波幅值調(diào)制信息的檢測(cè)，此時(shí)應(yīng)考慮基于IEC 61000-4-30的方法M21和M22，但不可忽略測(cè)量波形起始點(diǎn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的不利影響，具體選擇可參考文中的應(yīng)用建議進(jìn)行綜合考慮；

(3)噪音對(duì)于超高次諧波的測(cè)量結(jié)果的影響不可忽視，測(cè)量帶寬越大的測(cè)量方法越容易放大測(cè)試噪音，因此測(cè)量信號(hào)的信噪比要足夠的高。

最后，對(duì)于超高次諧波測(cè)量方法的研究不可脫離其發(fā)射特性，如何精確的描述這些特征，是2 kHz～150 kHz頻率范圍內(nèi)規(guī)范測(cè)量方法研究的最終目標(biāo)。