林海雪电力系统谐波电压标准的研讨Word下载.docx
《林海雪电力系统谐波电压标准的研讨Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《林海雪电力系统谐波电压标准的研讨Word下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
0.5
13
21
0.3
8
17≤h≤49
2.27×
（17/h）-0.27
21＜h≤45
0.2
10≤h≤50
0.25×
（10/h）+0.25
注：
总谐波畸变率THD为8%。
THD是指各次谐波含量平方和开方，以基波分量为基值的百分数。
对于非常短（3s以内）的影响，THD为11%，而各单次谐波电压含有率要用因子k乘以表中值。
（1）
（2）IEC61000－2－4《工厂低频传导骚扰的兼容水平》（国标GB/T18039.4-2003）[2]
该标准适用于低压和中压（MV）工业设备，标准中将电磁环境分为3类，其中第2类适用于一般工业环境下电网的公共连接点（PCC）和系统或装置内部的连接点（IPC），其兼容性标准等同于公用电网的标准（参见表1）
各类电磁环境下电压总谐波畸变率的兼容值如表2所列。
第2类各单次谐波电压限值即如表1所列，第1、3类的大致随THD值做相应变化（本文限于篇幅从略）。
表2谐波电压兼容值
电磁环境
第1类
第2类
第3类
总谐波畸变率（THD）
5%
8%
10%
（3）IEC61000-2-12《公用中压供电系统低频传导骚扰和信号传输的兼容水平》（国际标准，2003-04）[3]
该标准规定的中压（MV）谐波电压兼容值同IEC61000-2-2规定，已一并列入表1中。
（4）IEC61000－3－6《对于连接到中压、高压和超高压电力系统的畸变设施发射限值的评估》（技术报告，2008-02）
该文件和国标《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549－1993）关系比较密切，下面稍作详细介绍（本文件等同于国标GB/Z17625.4）[4]。
1）系统电压等级
该文件对系统电压Un等级划分作了如下规定：
—低压（LV）Un≤1kV
—中压（MV）：
1kV＜
≤35kV
—高压（HV）：
35kV＜
≤230kV
—超高压（EHV）：
＞230kV
2）谐波电压兼容值
同表1列出的LV和MV系统中谐波电压兼容值。
此外，文件中提出了“规划水平”或“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他条件来确定，作为企业内部质量目标值。
表3为谐波电压规划值。
需要注意的是本文件是2008年新版本，较1996年原版主要有下列变化：
（1）文件名称由《中压和高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估》变为《对于连接到中压、高压和超高压电力系统的畸变设施发射限值的评估》，这意味着限值适用范围扩大到超高压（330kV～500kV），而不仅用于公用电网（220kV及以下）的畸变负荷；
（2）谐波电压的“规划值”由例子变为正式推荐值且涵盖了中、高和超高压范围，而IEC尚无高压和超高压电网的谐波电压兼容值；
（3）取消了技术报告的分类（原来分三类），本技术报告属EMC基础出版物。
表3MV、HV和EHV系统中谐波电压规划值
奇次谐波（非3倍数）
次数h
电压（%）
MV
HV-EHV
1.8
1.4
1.2
0.8
2.5
1.9×
（17/h）-0.2
1.2×
（17/h）
（10/h）+0.22
0.19×
（10/h）+0.16
①规划值和电能质量标准中限值基本上等同。
对于总谐波畸变率，中压为6.5%、高压和超高压为3%；
当计及EHV扰动设施对HV系统作用时，EHV规划值也许有必要取得比表3中规划值更低些；
②每天99%概率大值（3s时段各次谐波分量的有效值）不应超过规划值乘以式
（1）决定的系数k；
③每星期各次谐波有效值10min的95%值不应超过规划值；
④谐波一般测量到40次或50次，但更高次（直到100次）谐波在某些情况下也可能很重要（例如有换相缺口的大型换流器；
高脉波数的大型换流器设施；
有PWM换流器的电力电子设备和电力系统的相互作用产生的谐波）。
3美国IEEE谐波标准
美国IEEEStd.519—2005对公用电网谐波电压允许值的规定如表4所列[7]。
此标准和1992版的标准比较，只多了低压（Vn≥1kV）的规定。
表4谐波电压畸变限值（标称电压的百分数）
PCC母线电压
Vn（kV）
单次谐波电压畸变
（%）
总电压畸变
THDVn（%）
Vn≤1
5.0
8.0
1＜Vn≤69
3.0
69＜Vn≤161
Vn＞161
1.0
对于高压直流输电端，THD可以达2.0%。
表4中总谐波畸变的定义和常规的定义略有不同。
此表中THD值是系统标称电压的百分数，而不是用测量时的基波电压的百分数。
这里所用的定义使电压畸变评估的基值不变（不是随系统运行电压高低而变）。
表4中的限值为正常方式下一星期短时（10min）值的95%概率大值。
对于很短持续时间（3s）情况，限值可以放宽到1.5倍（一天99%概率大值）。
美国于1981年颁布的标准为《静止电力变流器的谐波控制和无功补偿IEEE导则》（ANSI/IEEEStd519-1981）[8]。
该标准中规定的电力系统谐波电压总畸变率如表5所列。
表5谐波电压总畸变率（美国1981年标准）
电压等级
谐波电压总畸变率（THDu%）
一般电力系统
专用系统
低压460V
10
中压2.4～69kV
高压115kV及以上
专用系统是指仅供变流器或不受谐波电压影响负荷的系统。
对比表4和表5，可以看出2005年标准中将1～69kV算为一级，1kV及以下又算一级。
和1981年标准相比，前一级THD值维持不变（5%），后一级THD增加到8%，并增加了69～161kV电压级THD为2.5%的规定。
该级涵盖了1981年标准中115kV级，也就是2005年标准放宽了115kV和低压级THD限值。
4英国G5/4工程导则
本导则是英国电气协会（EA）于2001年2月正式颁布的，称为《英国谐波电压畸变和非线性设备接入输电系统和配电网的规划值》[5]。
G5/4的主要内容有：
（1）谐波畸变的系统规划值，其电压范围包括从400V至400kV各个电压等级；
（2）非线性设备接入电网的三级评估程序及相应的限值；
（3）非连续谐波畸变的限值；
（4）规划水平可能被超过场合的处理原则。
本导则明确指出，“规划水平”是非线性设备接入电网时用的，此值以IEC关于谐波电磁兼容值为依据。
规划水平不超过相应的兼容值。
而对于35kV及以下的系统，电磁兼容值是国际标准；
35kV以上系统，兼容值只适用于英国。
谐波电压总畸变（THDu）的兼容值如表6所列。
表6谐波电压兼容值（THDu）
系统电压（kV）
36.5及以下
66和132
275和400
THDu（%）
不同电压等级的谐波电压规划水平（摘要）如表8所列。
可见本导则对各种谐波现象均有规定。
不仅适用于供配电系统，也适用于输电系统。
表7谐波电压规划水平（摘录）
系统电压
奇次谐波
（非3倍数）
（3的倍数）
THDu
HR（%）
400V
4.0
1.6
6.6、11
和20kV
2.0
大于20kV
小于145kV
275kV，
400kV
*表中HR是指谐波含有率。
英国于1976年颁布的工程导则G5/3（“英国供电系统中谐波的限值”）[6]曾在世界上产生很大影响，我国曾专门组团赴英考察学习。
英国由G5/3到G5/4历经25年，这两个标准的对比对我国谐波标准的修订很有参考价值。
G5/3关于供电系统谐波电压限值规定列于表8。
表8供电系统谐波电压允许值（G5/3规定）
（kV）
奇次
偶次
0.415
6.6，11
1.75
33，66
132
对比表7和表8，可以看出：
（1）G5/4关于单次谐波电压含有率的规定比G5/3要细得多，这种细化规定源于IEC61000-3-6；
（2）G5/4对于66kV及以下谐波电压总畸变率（THDu）的规定大体上和G5/3一样；
66kV以上谐波电压允许值（规划值）规定大大放宽了（例如132kVTHDu由1.5%变为3%）；
（3）G5/4还包括了275kV，400kV输电系统的谐波电压规划值，这为发电厂、直流换流站接网条件在谐波方面作了基本规定。
G5/4中还考虑了短时谐波畸变的冲击—这种冲击一般由晶闸管驱动的电动机起动过程引起，这种冲击持续时间一般小于3秒，可以执行IEC61000-2-2和IEC61000-2-12标准中对暂时（极短时）谐波电压畸变的兼容值规定[即将相应限值乘以式
（1）决定的因子k]。
5俄罗斯谐波电压标准
俄罗斯1997年颁布的《公用供电系统中电能质量限值》（ГОСТ13109-97）中规定的各级电网谐波电压总畸变率如表9所列[9]。
表9电网电压波形正弦畸变率（%）（1997年）
各电压等级（kV）正常允许值
各电压等级（kV）最大允许值
0.38
6—20
35
110—330
12.0
6.0
正常允许值是指测量时段（推荐为7天）95%概率大值，最大允许值是指测量时段不许超过的值。
本标准是ГОСТ13109-87的修订版，1987年标准的相应规定示于表10[10]。
表10电网电压波形正弦畸变率（%）（1987年）
≤1
≥110
对比表9和表10，可以看出有以下区别：
（1）1997年标准比1987年标准在中、低压限值上有明显放宽，特别是低压，直接用了IEC电磁兼容值，而没有留余度。
（2）无论哪个版本，除了规定正常允许值外，还规定了最大允许值，但最大允许值比正常值放宽程度不同，1987年版本是2倍，而1997年版本则变为1.5倍。
（3）对单次谐波电压允许值的规定，1987年版本只按奇次和偶次区分（奇次谐波允许值是偶次的1倍），而1997年版本则按IEC电磁兼容标准对不同类别和不同次数谐波电压做了详细规定（本文从略）。
例如，低压的各次谐波规定完全同IEC表1规定。
6其他一些欧洲国家谐波电压标准
早于1994年，欧洲电工标准化委员会（CENELEC）就颁布了《公共配电系统供电电压特性》，针对低压（LV，1kV及以下）和中压（MV，1～35kV）配电系统供电端（即合同双方电能交接点）的一系列电能质量指标限值做了规定。
其谐波电压限值如表11所示。
表中的限值是指正常运行条件下，持续一星期、每次谐波电压10分钟平均有效值的95%概率大值。
其总谐波电压畸变率THD（包括谐波次数40次及以下）应不大于8%。
某些欧洲国家在配电网基本上执行此规定的同时，又补充制定高压（HV，35kV以上至230kV）和超高压（EHV，230kV以上）电网的谐波电压限值，如表12～14所列。
[13]
表11中、低压供电端单次谐波电压限值（基波电压U1的百分数，取至25次）
说明
非3的倍数次
3的倍数次
Uh（%）
25次以上各次谐波电压通常很小，且由于谐振效应还很难预测，所以未给出限值。
15,21
6…24
17
19,23,25
本表数据引自EN50160：
2007
表12法国高压（HV）电网谐波电压限值
总谐波畸变率（%）
5，7
11，13
17，19
15，21
6～24
23，25
0.7
表13葡萄牙高压（HV）及超高压（EHV）电网谐波电压限值
HV
EHV
THDHV≤8
THDEHV≤4
4.5
1.1
1.3
>
19
≥12
23,25
25
25/h
0.2+12.5/h
表14挪威高压（HV）及超高压（EHV）电网谐波电压限值
HV,EHV的THD
均为3%（10分钟值）
13,17
23
从表12～14可以看出，欧洲一些国家对高压和超高压电网的限值目前基本上采用THD为3%的限值（过去老标准为1%～1.6%不等）。
文献[14]介绍了法国供电公司和用户间电能质量的承诺。
其中谐波电压限值如上所述，同时也规定了用户谐波电流（以额定电流的百分数表示）限值。
7我国各电压等级谐波电压的基本状况
国标GB/T14549-1993自颁布以来，得到除铁道部以外的绝大多数行业认可，对公用电网谐波水平的控制和管理起到了重要作用。
以下通过对现有部分资料整理结果（见表15），扼要反映国内各电压等级电网谐波电压大致状况。
表15各地区各电压等级THD普查结果
GB/T14549-93
的THD限值
文献
测试时间与地区
超标率（%）
110
河北、石德电气化铁路
16.7
16
1987-1994年，福建
电铁投入前
12.5，投入后75
1994年，浙江
46.1
18
2004年，浙江（电铁）
2005年，宁夏固原（电铁）
100
20，21
2002-2004年，贵州都均供电局、贵阳市南供电局
50
22
2006年1-6月，云南版纳地区
2006年1-6月，云南玉溪地区
24
2006年6月，云南内昆电铁
66
1998年，吉林
20
26
徐州
2002-2004年，贵州都匀供电局
80
27
2006年，广东部分变电站母线
28-30,23
多地点（山西、云南、广西）
33.3
29.2
21,31
2002-2004年，贵州都匀供电局、贵阳市南供电局
23.5
32
2006年，广东部分用户
40.5
33-37
2004-2007，油田、石化、工业多地点
30
38
2005年，埕岛海上配电系统
39
1998～2000年，北京20个居民配电小区和3座居民楼
60
220
2.0（参考110kV）
2006年，贵州
由表15可见：
（1）各类非线性负荷的数量是影响该电压等级谐波水平的主要因素，而非线性负荷的数量又与地区经济发展水平密切相关。
如文[17]的数据于1994年左右统计得出（GB/T14549-1993颁布不久），当时浙江的经济规模和发展阶段使非线性负荷的数量不断增加，在接入公用电网时又基本上无章可循，因此谐波水平较高。
2006年云南、贵州的经济发展阶段与1994年的浙江相当，虽有GB/T14549-93提供限制谐波水平的依据，但对电能质量的要求管理不严，在非线性负荷的接入时没有进行必要的电能质量评估及限制，因此文献[20、22]的谐波水平较高；
当然，某些电压等级（例如110kV，0.38kV）标准可能限制过严也是应考虑的因素。
（2）随着供、用电双方对电能质量的认识和要求不断提高，各类电能质量治理的手段也日益完善。
在这种情况下尽管非线性负荷不断增多，但谐波水平仍有可能降低。
问题在于从整体技术经济效益出发制定一个恰当的谐波标准。
文[18]反映电铁在采用220kV供电后，110kV谐波水平并没有超标；
（3）目前我国电铁负荷大多由110kV电网供电（东北及赣、浙部分地区以及京沪高铁由220kV电网供电），因此电铁对该电压等级的谐波水平影响很大，如不予以治理，与之相关的公用电网谐波水平大多超标（例如文献16、19、24），当然相关的标准是否适当放宽也是可以讨论的。
（4）低压0.38kV对城镇居民区的谐波电压水平值得关注，从文献[39]对多个居民区长期监测结果说明，超标还是相当严重的。
8关于电网各级谐波电压限值的分析计算
现行国标GB/T14549-1993在确定各级谐波电压限值时曾做过一个专题研究[40]。
该研究取电网“典型”参数，构建了一个从0.38kV至220kV的“典型”供电网，由低压0.38kV总畸变率5%出发，往上推算至110kV，求得各级电压总畸变率（THD）。
现将推算的THD和标准中采用的THD限值列于表16中，两者看似十分接近。
表16
电压等级（kV）
文献[40]推算的THD（%）
1.57
3.10
4.08
现行标准采用的THD（%）
众所周知，电网的实际结构型式多种多样，各级设备参数很难“典型”化。
例如10kV配电变压器容量范围为20kVA～1600kVA；
35kV变压器为160kVA～6300kVA；
110kV变压器
升级会员 