从IEC电磁兼容标准看电网谐波国家标准

作者：林海雪　来源：不详　时间：06-09-22　加入收藏

　　注：总谐波畸变THD为8%。
对比表1和表2可以看出：
(1)IEC的规定对谐波次数比较重视。将不同次的谐波作不同的规定，此比国标要细得多。从IEC的规定看，谐波次数较高的谐波电压限值要严于(低于)谐波次数较低的限值，而“3的倍数”次谐波限值要严于(低于)“非3的倍数”次谐波限值。这些规定总体上和负荷产生的谐波水平相符合。
(2)对于电压总谐波畸变率(THD)，IEC为8%，而国标最大为5%(低压)。这个差别较大，相应地也表现在单次谐波的限值上。
将THD定为8%，当时在国外是有争论的。有的专家认为，如将这么高的谐波电压叠加到供电电压上，一些装置(例如基于现有国家标准制造的电容器)可能会过载，因此采用THD为8%要待相当长时间(10～20年)后才有可能^［2］。这是10年前的争论意见。目前看来，将中、低压谐波电压THD限值提高，向8%靠拢是大势所趋。但要改变国标5%的规定则应进一步调研。一些电工产品(或装置)承受谐波的标准也应作相应的调整后才有可能。
须指出，IEC 61000系列标准是为协调各国电磁干扰方面的标准而制定的一个参考值(即兼容值)，它是制定各国相关标准的基础。例如，电能质量中谐波标准应以IEC 61000-3-6等规定为基础，其允许值不应超过兼容值，比兼容值小(或严)一些，留有一点裕度是正常的，以确保不造成过大的谐波干扰；制定电气设备耐受谐波干扰的标准时，就不能低于兼容值，而应略大些，以使设备有足够的抗扰能力。
IEC 61000-3-6中还提出谐波的“规划值”概念。“规划值”等于或低于兼容值，由电力企业根据电网结构和其它条件确定，以作为企业内部质量目标值(即实际控制依据)。表3为谐波电压规划值的一个例子。由表可见，在“规划值”中，高压的谐波值要严于中压值，中压的谐波值要严于中、低压兼容值。这主要考虑了谐波传递的影响，这同制定国标时的思路是大体相符合的。

表3　MV，HV和EHV系统中谐波电压规划值

奇次谐波(非3的倍数)				奇次谐波(3的倍数)				偶次谐波
谐波次数		谐波电压		谐波次数		谐波电压		谐波次数		谐波电压
h		/%		h		/%		h		/%
	MV		HV-EHV		MV		HV-EHV		MV		HV-EHV
5	5		2	3	4		2	2	1.6		1.5
7	4		2	9	1.2		1	4	1		1
11	3		1.5	15	0.3		0.3	6	0.5		0.5
13	2.5		1.5	21	0.2		0.2	8	0.4		0.4
17	1.6		1	＞21	0.2		0.2	10	0.4		0.4
19	1.2		1					12	0.2		0.2
23	1.2		0.7					＞12	0.2		0.2
25	1.2		0.7
＞25

　　注：总谐波畸变率THD，中压网为6.5%，高压网为3%。
总之，不能把IEC制定的电磁兼容标准当作电能质量的标准，两者既有联系也有区别，概念上应分清楚。

3　用户谐波指标的分配

　　在国标中用户i的第h次谐波电流的允许值I_hi用下式计算：

(1)

式中　I_h为公共连接点（PCC）上总的第h次谐波电流允许值；S_i为第i个用户的用电协议容量；S_t为公共连接点的供电设备容量；α为相位叠加系数。
在IEC 61000-3-6中推荐了两种方法，一种方法基本同式（1）。但在一些量的处理上国标和IEC是有些差别的。
(1)关于I_h的确定
在谐波国标中，I_h根据3个条件确定：
1)各级谐波电压限值；
2)扣除上级对本级的传递影响；
3)规定基准短路容量S_k，并以此为基础，用简化公式推导系统等值电抗。若实际短路容量S^′_k和S_k不同，则电流限值乘以。
如表1所列，国标中将谐波电压按奇次和偶次分两大类，偶次谐波电压为奇次的0.5倍。在按上述3个条件计算I_h时，对于3的倍数奇次谐波（例如3，9，15…）还乘上系数0.6，即按接近于偶次谐波电压限值来对待。这对于特征谐波为3次的用户（例如交流电弧炉，电气化铁道）的限值就显得过严。同样，电网中还有特征谐波为2次的用户（例如交流电弧炉），按同样办法计算的限值也显得过严。
按IEC的规划值例子看（见表3，IEC中对用户谐波分配的总量是以规划值为基础的），对于高压（HV）系统，5次谐波电压取为2%，3次也取为2%，5次和3次的比例为1∶1，高于国标1∶0.6比例；二次谐波取为1.5%，5次和2次的比例为1∶0.75，也高于国标的1∶0.5比例。
(2)S_i和S_t的确定
Si是用户协议用电容量。它由供用电协议确定，但目前执行中将只能作事故（或检修）备用的设备容量也计算在协议用电容量中是不合理的；S_t作为供电容量，无论是国标或IEC标准中均未明确取法。但国标中明确S^′_k是取最小短路容量，即式(1)中的I_h是最小短路容量下的允许值，因此S_t应按对应方式的取值才是合理的。而实际执行中，有人主张一律都用全部供电设备容量来计算，这样也就导致对用户限制过严的结果，使标准在某些场合下难以执行。
IEC对用户的分配是先求谐波电压：

(2)

　　再求谐波电流

(3)

式中　Z_h为第h次谐波阻抗。
显然，利用式（2）、（3）分配理论上较严格，但Z_h的确定未作推荐。而国标实际上是采用短路容量S^′_k换算出来的基波阻抗h倍作为谐波阻抗。这样做便于执行，但有时误差较大。
此外，国标中还缺乏在多电源情况下如何确定S_t的方法。这在IEC 61000-3-6中已有规定（本文从略），完全可以借鉴。
(3)相位叠加系数α
表4列出国标中相位叠加系数α值和IEC 61000-3-6中α值的对比。

表4　相位合成系数α的对比

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