从IEC电磁兼容标准看电网谐波国家标准

4　关于谐波测量问题

　　在国标中对谐波测量仪器准确度的要求和IEC 61000-4-7（文献5）的要求相一致。但对负荷变化快的谐波，推荐用下式计算：

(4)

式中　U_hk为3s内第k次测得的h次谐波的方均根值；m为3s内取均匀间隔的测量次数，m≥6。
这个规定来源于较早的文献［4］，在新近的文献［5］中并未出现。文献［5］中将谐波按变化性态分为3类：①准稳态（慢变化）谐波；②波动谐波；③快速变化谐波。
标准中对测量这3类谐波用的快速傅立叶变换（FFT）仪器取样窗宽提出了基本的要求（80～500ms不等），如表5所列。

表5　FFT仪器窗宽的基本要求

图1　工频和次谐波波形的合成

　　如取一个工频周期分析波形3，可以证明除于基波外，还有较大的2次、4次等偶次谐波分量。这种情况在分析电弧炉波形时相当明显。表6列出了一台90t交流电弧炉，用不同窗口宽度（矩形窗）测得的35kV谐波电流值（用英国PA4400高精度电力谐波分析仪，现场实测记录）。可以看出用宽窗口测得的谐波含量明显减小，特别是偶次谐波（2次，4次）。这是因为用宽窗口取样，基波变为高次谐波（例如400ms窗口相当于20个工频周期，则工频为分析结果的20次谐波），主要的次谐波成分（即(1)/(20)次以上）不可能影响基波或更高次谐波的分析结果。因此目前基于1个周期采样的FFT仪器不适用于对变化谐波的分析，特别是对波动或快速变化谐波的分析。

表6　90t交流电弧炉35kV谐波电流值（A）

　　国标中没有关于间谐波的规定。实际上，间谐波是由于负载电流的谐波分量和基波分量（50Hz）受调制（即负载电流的幅值、相位或波形发生变化）而产生的，广泛存在于生产中。例如电弧炉负载中含有大量的低于工频的间谐波（又称为次谐波）；相控调制的变频器（又称为循环变流器）也是间谐波源。对于6相变频器，其特征谐波的频率为^［6］

(5)

式中　f₁为工频（约50Hz）；f₀为输出电压的频率。
研究证明，间谐波电压必须限制到足够低的水平^［1］：
(1) 25Hz以下间谐波应限制到0.2%以下，以免引起灯光闪烁（闪变）；
(2) 对于音频控制的接收机，间谐波电压应限制到0.3%以下，否则会被干扰；
(3) 2.5kHz以下的间谐波电压应不超过0.5%，否则会干扰电视机，引起感应式电动机噪声和振动以及低频继电器的异常；
(4) 2.5～5kHz的间谐波电压如超过0.3%，则会引起无线电收音机或其它音频设备的噪音。
鉴于以上的研究结果，IEC 61000-3-6中建议将间谐波电压水平限制到0.2%以下。另外，在工程中如出现间谐波严重放大情况（这在使用无源滤波器场合经常会发生）时，同样会危及设备的安全运行。因此谐波国标中应增加间谐波的标准和测量方面的规定。

6　对用户限值的分级处理

　　国标中只提出用式（1）对用户谐波电流作限制。在实际执行中有时很不方便。如果对大量小用户均用此法核标，则工作量很大，且有时会限制过严。IEC 61000-3-6则对中压和高压系统中畸变负荷的谐波限值分3级处理，执行上方便和灵活多了。此标准中第1级原则上是以用户协议容量S_i和公共连接点的短路容量S_sc之比来判断。对于MV系统，S_i/S_sc≤0.1%或S_dw/S_sc≤0.1%时允许接网（S_dw为“加权畸变容量”，实际上是将用户内部设备按其谐波特性，在容量上作加权处理后的一个综合值）；对HV系统，当S_i/S_sc≤(0.1～0.4%)时允许接网；对EHV系统，当S_i/S_sc≤(0.1%～0.2%)时允许接网。第2级限制原则是基于式（1）结果，和国标规定的相似。第3级是针对高于1级和2级谐波水平的用户，应根据电网和负荷的特点作专门分析研究，采取必要的滤波措施或者适当放宽用户的谐波限值，在确保谐波电压不超过规划值的前提下，可以特许这样的用户接网。

7　结论

　　IEC 61000系列电磁兼容标准即将在国内“等同”采用，国标中涉及此系列标准的很多，GB/T 14549-93《公用电网谐波》就是一例。本文对比分析后认为，谐波国标在下列几方面和IEC有明显差别：
(1) 电网中各级电压的谐波限值；
(2) 用户谐波指标的分配；
(3) 不同变化性态的谐波测量；
(4) 间谐波限值及其测量；
(5) 用户谐波限值的分级处理。
笔者认为，IEC电磁兼容标准是我国国标制定的基础，但两者是不同性质的标准。目前的国标在合理性、全面性和可操作性上均存在一些问题，因此应在参考IEC相关标准的基础上，结合我国的实践经验作相当的修改和补充。此工作宜早不宜迟，以适应标准的国际化，以利于国内标准的协调和对电网谐波的合理控制。

　　林海雪　教授级高工,硕士，电力系统研究所副总工程师，电能质量研究室主任。从事电能质量国家标准制订以及谐波和动态无功补偿装置的研究、开发和工程应用。

作者单位：林海雪（国家电力公司电力科学研究院,100085 北京清河）

参考文献

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[3]　林海雪，周胜军.电气化铁路的谐波标准问题.城市供电学术年会论文集，C-05，1998
[4]　Working Group 36.05.Harmonics,characteristic parameters,methods of study, estimates of existing values in the network. CIGRE,Electra，1981(77)
[5]　IEC 61000-4-7.Electromagnetic compatibility (EMC)-part 4:testing and measurement technigues-section 7:general guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation,for power supply systems and equipment connected thereto,1991-07
[6]　孙树勤，林海雪.干扰性负荷的供电.北京：中国电力出版社，1996