谐波标准GB 17625.1变更情况与测量设备适应性浅说
Harmonics Standards Amended Overview & the Requirements for Measurement Equipment
                  
Li Si-xiong,Zhu Qi,Hou Tao(Shenzhen Electronic Product Quality Test Center,Guangdong Shenzhen 518055)
摘 要：文中简要介绍谐波标准变更、讨论标准变更后的测量设备的适应性，并对谐波标准中难以理解的内容进行探讨。
关键词：谐波；标准；测量设备；商榷
中图分类号：TN03          文献标识码：B          文章编号：1003-0107(2009)03-
Abstract：This article compares difference between the new harmonics standards and old one. and introduces the new requirements for measurement equipment.  this article query part of expression in harmonics standards as well．
Keywords：Harmonics；Standards；measurement equipment；query
CLC number:TN03          Document code: B       Article ID: 1003-0107(2009)03-
1、GB 17625.1新旧标准发布、实3施时间
谐波标准国标GB 17625.1及对应国际标准IEC 61000-3-2属产品族的限值标准，GB 17625.1－1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流< 16A)》标准(以下有些地方简称98版标准)，等效采用国际电工委员会标准IEEC61000-3-2：1995版本，由国家质量术监督局于1998年12月14 El发布的，于1999年12月01 El开始正式实施。而GB 17625.1－2003《 电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流<16A)》标准 (以下有些地方简称03版标准)，是等同采用IEC 61000-3-2 Edition 2.1-2001， 名称直接采用了IEC标准的名称，由国家质量监督检验检疫总局于2003年2月9日发布，取代98版标准、于2003年5月1日正式实施。
与谐波国标相关的标准除03版标准中列明以下其自身系列文件外，需要关注GBT 17626.7-2008/IEC 61000-4-7:2002  《电磁兼容  试验和测量技术  供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》（替代GB/T 17626.7-1998）。
GB 17625. 2-1999 电磁兼容限值对额定电流不大于16 A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制
GB/Z 17625. 3-200。电磁兼容限值对额定电流大于16 A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制
GB/Z 17625. 4-200。电磁兼容限值中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估
GB/Z 17625. 5-200。电磁兼容限值中、高压电力系统中波动负荷发射限值的评估
GB/Z 17625. 6-2003 电磁兼容限值对额定电流大于16 A的设备在低压供电系统中产生的谐波电流的限制
 
2、标准中一些值得商榷的地方
2.1 关于“6.2.2 测量步骤”
以下援引IEC 61000-3-2 Edition 2.1-2001
6.2.2 Measurement procedure
The test shall be conducted according to the general requirements given in 6.2.3. The test
duration shall be as defined in 6.2.4.
The measurement of harmonic currents shall be performed as follows:
- for each harmonic order, measure the 1.5s smoothed r.m.s. harmonic current in each DFT
time window as defined in annex B;
- calculate the arithmetic average of the measured values from the DFT time windows, over
the entire observation period as defined in 6.2.4.
GB 17625.1－2003对应内容为：
6.2.2 测量步骤
应按照6.2.3的要求进行测量。测量周期的规定在6. 2.4中给出。
谐波电流的测量应按下列要求进行:
— 对于每一次谐波，按照附录B的规定在每一个DFT(离散傅氏变换)时间窗口内测量1. 5 s的平滑有效值谐波电流;
— 在6. 2. 4规定的整个观察周期内，计算由DFT时间窗口得到的测量值的算术平均值。
“6.2.2 测量步骤”清楚地表述了测量的步骤：
1)        先在每一个DFT(离散傅氏变换，下同)时间窗口内测量1. 5 s平滑（即为通过1. 5 s一阶低通滤波器）的有效值谐波电流，即先由每一个DFT时间窗口内测量，得到的测量值为通过1. 5 s一阶低通滤波器的谐波电流有效值；
2)        然后再计算整个观察周期内由DFT时间窗口得到的测量值（即为通过1. 5 s一阶低通滤波器的有效值谐波电流）的算术平均值。
可以看出：“某个DFT时间窗口内测量获得的1. 5 s平滑有效值谐波电流”有可能大于“整个观察周期内由DFT时间窗口得到的测量值的算术平均值”；反过来，“整个观察周期内由DFT时间窗口得到的测量值的算术平均值” 不可能大于“每一个DFT(离散傅氏变换)时间窗口内测量获得的1. 5 s平滑有效值谐波电流”。
 
2.2 关于“6.2.3.3 限值的应用”
以下援引IEC 61000-3-2 Edition 2.1-2001
6.2.3.3 Application of limits
The average value for the individual harmonic currents, taken over the entire test observation period shall be less than or equal to the applicable limits.
For each harmonic order, all 1,5 s smoothed r.m.s. harmonic current values, as defined in 6.2.2, shall be less than or equal to 150 % of the applicable limits.
Harmonic currents less than 0,6 % of the input current measured under the test conditions, or less than 5 mA, whichever is greater, are disregarded.
GB 17625.1－2003对应内容为：
6.2.3.3 限值的应用
在整个试验观察周期内得到的单个的谐波电流的平均值应不大于所采用的限值。
对于每一次谐波，如6. 2.2所定义的，所有的1. 5 s的谐波电流平滑均方根值（虽然电压有效值实为均方根值，但建议上下文一致； “6.2.2 测量步骤”写为“有效值”，这里又写为“均方根值”；建议统一写为“有效值”。）应不大于所应用限值的150%。
在试验条件测量的，小于输人电流的0. 6%或小于5 mA的谐波电流，无论哪一个较大，可不予考虑。
上述内容很容易理解，但IEC 61000-3-2 Edition 2.1-2001 6.2.3.3接下来的内容值得讨论：
6.2.3.3 Application of limits
 ······For the 21st and higher odd order harmonics, the average values obtained for each individual
odd harmonic over the full observation period, calculated from the 1 3 s smoothed r.m.s. values according to 6.2.2 may exceed the applicable limits by 50 % provided that the following conditions are met:
- the measured partial odd harmonic current does not exceed the partial odd harmonic current which can be calculated from the applicable limits;
- all 1,5 s smoothed r.m.s. individual harmonic current values shall be less than or equal to 150 % of the applicable limits.
GB 17625.1－2003对应内容为：
6.2.3.3 限值的应用
······对于21次及以上的奇次谐波，按照6.2.2由1. 5 s的平滑均方根值（同上建议统一写为“有效值”。）计算的整个观察周期中每单个谐波的平均值，只要满足下列条件，可以超过应用的限值的50%:
一测量的部分奇次谐波电流值不超过应用限值计算而得出的部分奇次谐波电流（最好加一个“限”字更清楚－就是更好说明利用21～39奇次谐波的限值来计算得到部分奇次谐波电流的限值）值;
— 全部1. 5 s的单个谐波电流平滑均方根值（同上建议统一写为“有效值”。）应不大于所应用限值的150%.
2.3 “6.2.3.3 限值的应用”中值得商榷之处
其一：以“只要满足下列条件，可以超过应用的限值的50%”去翻译“may exceed the applicable limits by 50 % provided that the following conditions are met”容易产生歧义，“可以超过应用的限值的50%”可以有两种理解，假如限值为50mA，理解一为可以超过25mA，理解二为可以超过75mA，两种意思相差甚远。（当然联系标准上下文，不难知道应该作第二种理解，即“可以超过75mA”，因为在“6.2.3.3 限值的应用”中，第一句话为“在整个试验观察周期内得到的单个的谐波电流的平均值应不大于所采用的限值。”，后面是有条件的放松条款。所以上述意思应作这种理解：可以大于所应用限值的150%。下同），
其二：对于21次及以上的奇次谐波的平均值，可以超过应用的限值的50%（同上，理解为：可以大于所应用限值的150%。），前提之一是要求全部1. 5 s的单个谐波电流平滑有效值应不大于所应用限值的150%。
这是一对矛盾；如果满足“全部1. 5 s的单个谐波电流平滑有效值应不大于所应用限值的150%”，则不可能出现“21次及以上的奇次谐波的平均值，超过应用的限值的50%”的结果。因为我们确切地知道（前面2.1中加粗的字体已经强调说明）：“整个观察周期内由DFT时间窗口得到的测量值的算术平均值” 不可能大于所有“DFT(离散傅氏变换)时间窗口内测量获得的1. 5 s平滑有效值谐波电流”。
再对比IEC 61000-3-2:2005 “6.2.3.3 限值的应用” 的后半段相应内容（该部分内容一样），也发现这种逻辑上的矛盾。所以，我觉得可以怀疑标准IEC 61000-3-2 Edition 2.1-2001 和IEC 61000-3-2:2005在“6.2.3.3 限值的应用”后半段对于21～39奇次谐波的放宽规定，在描述上出了差错，它的本意或称正确意思是否可以表述如下，请大家商榷。
6.2.3.3 Application of limits
······For the 21st and higher odd order harmonics, 1,5 s smoothed r.m.s. harmonic current values, as defined in 6.2.2  may exceed the applicable limits by 50 % provided that the following conditions are met:
- the measured partial odd harmonic current does not exceed the partial odd harmonic current which can be calculated from the applicable limits;
- all the average values obtained for each individual odd harmonic over the full observation period, calculated from the 1.5s smoothed r.m.s. values according to 6.2.2 shall be less than or equal to 150 % of the applicable limits.
则GB 17625.1－2003对应内容表述为：
6.2.3.3 限值的应用
······对于21次及以上的奇次谐波，如6. 2.2所定义的， 1. 5 s的谐波电流平滑有效值，只要满足下列条件，可以大于所应用限值的150%:
一一测量的部分奇次谐波电流值不超过应用限值计算而得出的部分奇次谐波电流（最好加一个“限”字更清楚－就是更好说明利用21～39奇次谐波的限值来计算得到部分奇次谐波电流的限值）值；
—按照6.2.2，全部由1. 5 s的平滑有效值计算的整个观察周期中单个谐波的平均值，应不大于所应用限值的150%。
其三：虽然电压有效值实为均方根值，但建议上下文一致； “6.2.2 测量步骤”写为“有效值”，“6.2.3.3 限值的应用”又写为“均方根值”；建议统一写为初始定义的“有效值”，不使用推导得到的“均方根值”。另外，在“测量的部分奇次谐波电流值不超过应用限值计算而得出的部分奇次谐波电流值”中; 建议加一个“限”字更清楚，就是更好说明利用21～39奇次谐波的限值来计算得到部分奇次谐波电流的限值。
 
2.4 关于“标准中的图1”之质疑
对于标准中的图1，从功能上看，就是限值应用程序和结果评定流程图，IEC 61000-3-2 Edition 2.1-2001中第七条表达得非常好（The procedure for applying the limits and assessing the results is shown in figure 1），图下则标为“符合性评定流程图”（Figure 1 - Flowchart for determining conformity）。
不知道为什么GB 17625.1－2003改为“确定限值适用性的流程图”，流程图中的框内文字“conform”－  “符合”，全部改为“适用于”；“Does not conform”－  “不符合”，全部改为“不适用”，偏离了标准意思。这种做法似乎不妥，恳请大家赐教。
 
3、GB 17625.1新旧标准变更差异简表
表1：GB 17625.1新旧标准差异简表①
变更项目
    
GB 17625.1-2003
    
GB 17625.1-1998
标准的名称
    
修改了标准的名称，采用IEC 61000-3-2标准的名称
    
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范围
    
增加了非专用电弧焊设备
    
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定义
    
增加了总谐波电流、待机模式等术语的定义，删除了相位控制等术语的定义
    
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D类设备
    
删除了设备分类流程图和判定D类设备的“特殊波形”，明确规定了D类设备的类型
    
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谐波电流
    
修改了谐波电流测量的条款
    
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符合性评定流程②
    
增加了 图1 符合性评定流程图
    
无流程图
谐波电流限值
    
增加了有功输入功率不大于25W的放电灯谐波电流限值
    
不大于25W的放电灯无限值
对测量设备的要求
    
修改了附录B“对测量设备的要求”
    
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电视接收机的试验条件
    
修改了电视接收机的试验条件
    
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空调器和非专用电弧焊等设备的试验条件
    
增加了空调器和非专用电弧焊等设备的试验条件
    
无
注1：本文着重关注设备适应性相关之内容，总体差异对比从简，新旧谐波标准涉及测试方面的主要差异见表2，详细信息请查阅相关标准和相关文章。
注2：GB 17625.1－2003图1写为“确定限值适用性的流程图”，根据前述，应理解为“符合性评定流程图”，上表亦采用“符合性评定流程图”表述。
 
4、测量设备适应性讨论
相对98版，GB 17625.1－2003标准中谐波电流的测量方法改动较大， 因此对测量仪器的要求也更高了。98版标准可以使用各种类型的波形分析仪、频谱分析仪、调谐到被测谐波频率进行测量，使用数字滤波器或离散傅里叶变换(DFT)的时域测量仪器等。很多人都问：GB 17625.1换版后，为什么原来的测量设备不符合要求、不能使用？简单说有以下几点情况：
1)        03版标准的第六条增加了对测量的重复性和试验报告的内容的规定。采用规定的试验观察周期和时域测量仪器才能保证标准所要求的重复性。考虑到快速变化的谐波需要用连续的实时测量和分析，03版标准规定使用离散傅里叶变换的时域测量仪器；
2)        测量方法不同，98版标准，测量稳态或暂态谐波电流，数据处理取瞬态值即可；03版标准只测暂态，测量步骤正如前述（并参见GBT 17626.7-2008/IEC 61000-4-7:2002图1：测量仪器的一般结构），所有数据必须使用1.5秒一阶滤波器进行平滑处理：
a)         对于每一次谐波，在每一个离散傅氏变换 (DFT)时间窗口内测量1. 5 s的平滑有效值谐波电流;
b)        在规定的整个观察周期内，计算由DFT时间窗口得到的测量值的算术平均值。
3)        测量时间窗口不同，98版标准规定的时间窗口为16周期（320/267ms，对应50/60Hz），03版标准规定的时间窗口为200ms(10/12周期@50/60Hz)；
4)        判定检验结果是否符合标准要求方面不一样；
 
标准更新，谐波分析仪就面临更新及升级的问题。即使谐波分析仪与纯净电源是分开的，并具有16位或以上的高速A/D转换器，往往都还要升级硬件后，再升级软件处理才行。有以下几种情况：
1)        2000年以前出厂的谐波电流的测试系统：很可能就面临淘汰的危险。因为那时的谐波标准与现在变化很大，如采集方法、速率要求等都有很大的不同，原来老的设备都不能满足新的要求，只有电源可以用。这时设备的升级不仅仅是升级软件所能完成的，需要分析仪的硬件整体升级。不同的厂家会有不同的要求，如更换CPU 主板等等，较为复杂，且费用不低。若一定要升级，可采取以下步骤：
a)         找原厂升级：但有可能原厂已停止原型号升级品的生产，或由于产品本身的设计问题而不便升级，费用很高，基本就相当于全部重新买过。厂家一般会建议优惠卖给新型号产品。
b)        找其它可升级的厂家---如谐波分析仪与纯净电源分开，买一台新的分析仪。
2)        2000年以后出厂的谐波电流的测试系统：建议找原厂升级：注意谐波测试仪器内部高速数字信号处理器是否满足要求，否则硬件也要部分升级。
另外，使用改造的系统，往往与使用2003版标准测试系统的测试结果有差异，这也反映出设备升级的局限性。同时建议CNAS评审时，加强对实验室使用谐波电流的测试系统的核查，对谐波电流测试系统特别是改造的测试系统，要求实验室提供测试结果正确的证据，或要求进行比对、验证。
同时可以看出，一体化的测试系统不易于适应标准变更；如购置新的设备，以PC为基础的测试分析仪+纯净电源系统形式的设备，无疑是更好选择。
 
5、对应GB 17625.1的国际标准后续修订情况
目前国际最新谐波标准为IEC61000-3-2:2005+A1:2008，欧盟CE认证已经要求采用IEC 61000-3-2:2005 Edition 3.0。表2：“新旧谐波标准涉及测试方面的主要差异对比”中，同时对比了IEC 61000-3-2:2005的内容，下面是对IEC 61000-3-2/ A1:2008增补内容的列举。
3 定义 增加了下列新的规定:
3.21测试结果的可重复性
使用相同的测试系统、相同的测试场所、相同的环境条件下，对同一EUT进行测试所得到的谐波电流测试结果的一致性或一致程度。
3.22测试结果的可重现性
在符合标准要求情况下，不同的测试系统、对同一EUT进行测试所得到的谐波电流测试结果可以达到的一致程度。
3.23测试结果的可变性
满足标准的要求情况下，不同的测试系统、对同一类型EUT的不同样本进行测试所得到的谐波电流测试结果可以达到的一致程度。
6.2.2测试步骤
将倒数第二小节6.2.3.4替换为6.2.3.5。
6.2.3总体要求
将6.2.3.1重复性 替换为以下内容：
当满足下列条件时：
同一EUT（非同一类型的其他样本）
相同的测试条件;
    同一测试系统;
    相同的气候条件（温度和湿度）；（如果相关）
则在整个测试观察周期内每次谐波电流的平均值比较限值的测试结果一致程度优于±5 % 。
插入新的6.2.3.2小节，原有的6.2.3.2节至6.2.3.4节相应调整为6.2.3.3节至6.2.3.5节。
6.2.3.2 重现性
由于EUT、谐波测试仪表及测试电源之间存在各种组合关系，可重现性并不能明确地计算，但可以估计在±(1%+ 10 mA)以内，其中1%是相对于在整个测试观察周期内总的输入电流的平均值。因此，当结果之间的差异小于该电流值时，可以忽略差异。不过有时也会出现更大的值。为了避免引起这种疑义，只要满足相关的限值规定，在不同测试场所或不同情况下测得的结果即使在可重复性与可重现性上的差异比上述规定值大，也承认其测试结果符合要求。
注：由于存在元器件容差及其他因素的影响－如EUT与测试设备或电源之间可能存在相互的影响，可变性（同类型EUT的不同样本）可能会增大。与可重现性问题一样，这些影响的结果很难（不可能）在标准中加以量化。
6.2.3.2中的第二段描述了可变性的应用
关于对可变性允许限值的让步调整被推荐执行，但本标准不做要求。
Annex A –测试电路和电源
图A.1和A.2对注解1做了如下修改，并增加了注解3
注1：ZS和ZM没有作规定，但必须足够小，以满足A.2节中的要求。
可通过测量EUT和测试设备连接点处电压特性来核对（是否满足要求）。更多信息可在IEC61000-4-7中查到。
注3：对某些类型的设备，如单相非控制整流器，其谐波幅度很大程度上随电压而变化。为了将可变性降到最小，推荐的做法是在同一个200ms的观察窗口内让EUT与测试设备连接点处的电压维持在230V或400V（±1.0 V）。
Annex C – 典型测试条件
C.7 真空吸尘器的测试条件
以 6.2.3.4.替换6.2.3.3
C.10 信息技术设备(ITE)测试条件
全部替代为新的内容（略）。


表2：新旧谐波标准涉及测试方面的主要差异对比
 
    
GB 17625.1-1998 IEC61000-3-2:1995 Edition 1.0
    
GB 17625.1-2003
IEC61000-3-2:2001 Edition 2.1
    
IEC 61000-3-2:2005
Edition 3.0
D类设备定义
    
特殊波形包络（75-600W）
    
电视机，电脑，显示器
（75-600W）
    
电视机，电脑，显示器
（75-600W）
测量方法
    
稳态和暂态
    
暂态
    
暂态
测量时间窗口
    
16周期（320/267ms，对应50/60Hz）
    
200ms(10/12周期，对应50/60Hz)（16周期时间窗可以使用到2004年），参考IEC 61000-4-7 Ed.2
    
200ms(10/12周期，对应50/60Hz)
数据处理
    
取瞬态值
    
所有数据必须使用1.5秒一阶滤波器进行平滑处理
    
所有数据必须使用1.5秒一阶滤波器进行平滑处理
各次谐波的合格/不合格判定
    
每个时间窗口的测量结果小于所应用限值的150%容许10%的测试时间大于所应用限值的100%
    
每个时间窗口的测量结果小于所应用限值的150%容许10%的测试时间大于所应用限值的100%
    
每个时间窗口的测量结果小于所应用限值的150%容许10%的测试时间大于所应用限值的100%
A类设备放宽
    
无
    
无
    
仅当10%的测试时间>150%限值并且平均谐波电流值<90%限值时，放宽到<200%限值。
21～39奇次谐波的放宽
    
无
    
1. 5 s的谐波电流平滑有效值，可以超过应用的限值的50%，只要满足:部分奇次谐波电流值不超过计算得出的部分奇次谐波电流限值；平滑有效值计算的平均值，应不大于所应用限值的150%。
    
1. 5 s的谐波电流平滑有效值，可以超过应用的限值的50%，只要满足:部分奇次谐波电流值不超过计算得出的部分奇次谐波电流限值；平滑有效值计算的平均值，应不大于所应用限值的150%。
C类和D类设备限值
    
与测量得到的功率（D类）或者电流和功率因数(C类) 成正比例
    
允许制造商确定功率或者电流等级，但是必须要在测量值的±10%以内
    
允许制造商确定功率或者电流等级，但是必须要在测量值的±10%以内
测试/观察 周期
    
无特殊要求，只需要找到最大谐波发射。
    
要求有足够长的时间满足±5%的重复性，设备运行类型为长周期(Tcycle>2.5 min)时，全部设备程序的周期(参考法)或典型的2. 5 min制造商认为产生最大THC的操作周期。
    
要求有足够长的时间满足±5%的重复性，设备运行类型为长周期(Tcycle>2.5 min)时，全部设备程序的周期(参考法)或典型的2. 5 min制造商认为产生最大THC的操作周期。
测试状态
    
对于某些产品有特殊要求
    
对特定的产品类别有详细的测试过程要求
    
对特定的产品类别有详细的测试过程要求，修订了电视和真空吸尘器的测试过程要求