林海雪电力系统谐波电压标准的研讨Word下载.docx

1、0.513210.3817h492.27（17/h）-0.2721h450.210h500.25（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）IEC 6100024工厂低频传导骚扰的兼容水平（国标GB/T 18039.4-2003）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

2、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）IEC 61000-2-12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IEC 61000-2-2规定，已一并列入表1中。（4）IEC 6100036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/T 1

3、45491993）关系比较密切，下面稍作详细介绍（本文件等同于国标GB/Z 17625.4）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） Un1kV中压（MV）： 1kV35kV高压（HV）： 35kV230kV超高压（EHV）： 230kV2）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

4、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（330kV500kV），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3 MV、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（%）MVHV-EHV1.81.41.20.82.51.9（17/h）-0.21.2（17/h）（10/h）+0.220.19（10/

5、h）+0.16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；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；每星期各次谐波有效值10min的95%值不应超过规划值；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IEEE Std.5192005对

6、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（Vn1kV）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THD Vn（%）Vn15.08.01Vn693.069Vn161Vn1611.0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（

7、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/IEEE Std 519-1981）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460V10中压2.469kV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169kV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、8%，并增加了69161kV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

9、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132275和400THDu（%） 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）THDuHR（%）400V4.01.66.6、11和20kV2.0大于20kV小于145kV275kV，400kV * 表中H

10、R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0.4156.6，111.7533，66132 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；

11、66kV以上谐波电压允许值（规划值）规定大大放宽了（例如132kV THDu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（ 13109-97）中规定的各级电网谐波电压总畸

12、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0.386203511033012.06.0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 13109-87的修订版，1987年标准的相应规定示于表1010。表10 电网电压波形正弦畸变率（%） （1987年）1110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

13、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，135kV）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1

14、1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1214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。15,216241719,23,25本表数据引自EN 50160：2007表12

15、法国高压（HV）电网谐波电压限值总谐波畸变率（%）5，711，1317，1915，2162423，250.7表13 葡萄牙高压（HV）及超高压（EHV）电网谐波电压限值HVEHVTHDHV8THDEHV44.51.11.3191223,252525/h0.2+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）13,1723从表1214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

16、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/T 14549-93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16.7161987-1994年，福建电铁投入前12.5，投入后751994年，浙江46.1182004年，浙江（电铁）2005年，宁夏固原（电铁）10020，212002-

17、2004年，贵州都均供电局、贵阳市南供电局50222006年1-6月，云南版纳地区2006年1-6月，云南玉溪地区242006年6月，云南内昆电铁661998年，吉林2026徐州2002-2004年，贵州都匀供电局80272006年，广东部分变电站母线28-30,23多地点（山西、云南、广西）33.329.221,312002-2004年，贵州都匀供电局、贵阳市南供电局23.5322006年，广东部分用户40.533-372004-2007，油田、石化、工业多地点30382005年，埕岛海上配电系统3919982000年，北京20个居民配电小区和3座居民楼602202.0（参考110kV）20

18、06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/T 14549-1993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/T 14549-93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，0.38k

19、V）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

20、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/T 14549-1993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（%）1.573.104.08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20kVA1600kVA；35kV变压器为160kVA6300kVA；110kV变压器