第7讲 公用电网间谐波标准

4 指标的分配
间谐波有的是由用电设备造成的， 要使标准有 可操作性， 必须适当规定对用户指标的分配。 考虑 到 低 于 100 Hz 的 间 谐 波 主 要 是 引 起 电 压 波 动 和 闪 变 ， 而 国 标 GB / T 12326 - 2008 《电 能 质 量 电 压 波动和闪变》 中规定多个波动负荷引起闪变的叠 加， 常用 3 次方根公式， 因此对多个间谐波电压 按下式合成：
Ui h — —— k 个 间 谐 波 源 共 同 产 生 的 第 ih 次 间 谐波电压。
考虑到电网中大的间谐波源相对较少， 设一个节 点上有两个间谐波源， 则按指标等分原则， 每个源只 能有 Uih / 姨3 2 = 0. 8 Uih， 这样就得出一个用户间谐 波电压的限值 （见表 3）。
关键词 公用电网 间பைடு நூலகம்波 国家标准 限值 电能质量
1 概述
工程上广泛使用 “谐波” 的概念。 谐波含量 （或 总畸变率） 是波形畸变程度的表征。 根据傅立叶分析 理论， 只有周期性的非正弦量才可以分解为基波 （指 工频量） 和谐波 （一般指工频整数倍分量）。 在频谱
图上， 谱线的间隔为 50 Hz。 实际上许多负载 （无论 是线性的或是非线性的） 是波动的， 例如电弧炉、 电 焊机、 轧机类负载就是快速变化的冲击负载， 其电气 量 （电压或电流， 包括幅值和相角） 的 变化在几 ms 或 几 十 ms 内 就 能 观 察 到 。 在 这 种 情 况 下 ， 对 于 工 频， “周期性” 的前提已不存在， 用傅立叶理论分析 出的 “谐波” 显然不符合或不完全符合实际。 于是就 产生 “间谐波” 的概念。 间谐波是指非整数倍基波频 率的谐波， 这类谐波仍是用傅立叶分析方法求取的， 只不过分析的周期采用波动 （或调幅波） 的周期。 例 如一个以 10 个工频周期为波动周期的电气量， 可以 在 200 ms 的时间窗口 （10 × 20 ms = 200 ms） 内 进 行 傅 立 叶 分 析 ， 得 到 5 Hz 频 率 分 辨 率 （ f = 10 3
建议， 例如： ① 低于 140 Hz 的间谐波限值取 0. 2 %； ② 140 Hz 以 上 到 某 一 频 率 （例 如 800 Hz， 待 定 ） 间 谐波限值取 1 %； ③ 对于更高频率的间谐波电压分量 和总畸变为现有谐波限值的某一百分数 （例如 20 %）。
e. 英国 G5 / 4 工程导则 《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》 中规定 的限值如表 1 所列。
200 = 5 Hz） 的频谱成分， 也就是可以分析出 5 Hz、 10 Hz、 15 Hz …… 50 Hz、 55 Hz …… 100 Hz …… 的成分。 可以看出， 这里有工频频波成分 （50 Hz）， 也有谐波成 分 （100 Hz、 150 Hz ……）， 还有间谐波成分 （5 Hz、 10 Hz …… ） 。 另 外 ， 应 注 意 工 程 上 常 把 低 于 工 频 （50 Hz） 的间谐波称为次谐波。
2 标准的结构
本标准是目前世界上把间谐波作为电能质量指标 单独制定的唯一标准， 这主要是从标准可操作性考虑 的。 因此标准内容相对较为完整， 除了常规的必须内 容 （如范围、 规范性引用文件、 术语和定义、 限值 等） 外， 还对用户限值的分配、 间谐波的合成、 测量 条件、 评估和测量仪器等做了规定。 标准还有两个附 录： 附录 A （规范性附录） 间谐波电压含有率与拍 频关系曲线； 附录 B （资料性附录） 间谐波及其危 害和集合概念介绍。
表 1 次谐波和间谐波电压限值 Tab. 1 Voltage limits of subharmonic and interharmonic
频率 / Hz
< 80
80
90 > 90 且 < 500
电压含有率 / % 0. 2
0. 2
0. 5
0. 6
如上所述， 间谐波问题尚在探讨中， 国际上标 准 未 统 一 ， 参 考 了 相 关 的 规 定 ， 国 标 GB / T 24337 - 2009 《电 能 质 量 公 用 电 网 间 谐 波 》 中 的 限 值 如 表 2 所 列 。 表 中 将 1 kV 以 上 的 标 准 取 的 比 1 kV 及 以 下 小 一 点 ， 主 要 考 虑 高 压 （ 1 kV 以 上 ） 对 低 压 （1 kV 及 以 下 ） 的 渗 透 作 用 ， 高 压 的 影 响 面 较 大， 限值应适当严一点。
c. IEC / TR 61000 - 3 - 6： 2008 Electromagnetic compatibility （EMC） — Part 3 - 6： Limits — Assessment of emission limits for the connection of distorting installations to MV， HV and EHV power systems 是 2008 年 版 IEC 技 术 报 告 （EMC 基 础 出 版 物 ）， 该 报 告中考虑了间谐波的以下影响后认为间谐波的规划水 平应取 0. 2 % ～ 0. 5 %： ① 在两倍基波频率 （100 Hz） 以下， 避免白炽灯和荧光灯 （细管） 的闪烁； ② 避 免对纹波控制接收机的干扰； ③ 避免引起电视机、 感应电机和低频继电器的噪声和振动； ④ 避免无线 电接收机和其他音频设备引起噪声。
Abstract This paper introduces basic concept and influence of interharmonic and limit of interharmonic regulated by relevant international standards. It also analyses interharmonic limit regulation， interharmonic measuring and value reading as well as measures for interharmonic restraint stated in GB / T 24337 - 2009 Power Quality—Interharmonic in Public Supply Network in detail.
该文件特别指出要严格限制次谐波电流流入汽轮 发电机组引起轴的扭矩作用以免造成机械振荡 （哪怕 是 0. 1 % 的次谐波电流就足以引起 这种振荡）， 为此 必须和发电机组制造商协商确定特定频率的间谐波电 压限值。
d. IEEE 间 谐 波 工 作 组 文 件 中 对 限 值 提 出 一 些
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3 限值的考虑
间谐波的限值标准主要参考 IEC 和 IEEE 相关标 准中的规定：
a. IEC 61000 - 2 - 2： 1990 / GB / T 18039. 3 - 2003 《电磁兼容 环境 公用低压供电系统低频传 导骚扰及信号传输的兼容水平》 中指出， 涉及间谐 波电压的电磁骚扰问题仍在探讨中， 只对基波频率 （50 Hz 或 60 Hz） 附近的间谐波电压导致供电电压 幅 值调制的情况给出标准的兼容水平。 由于拍频 （beat frequency） 效应 （注： 拍频就是两个合成电压频率之 差）， 这些间谐波引起电源幅值的波动将导致照明的 闪变 。 对于单次间谐波电压幅值引起 120 V和 240 V 照明灯短期闪变 Pst = 1 （这是闪变限值标准） 和拍频 的关系， 如图 1 所示。
b. IEC 61000 - 2 - 4： 1994 / GB / T 18039. 4
4 Dec. 2011 Vol. 30 No. 12 716
图 1 间谐波电压的兼容水平与拍频的关系 Fig. 1 Relation between compatibility and beat frequency
在电网中， 间谐波的发生源包括： 波动负载、 电弧类负载 （电弧炉、 电弧焊机、 具有磁力镇流器 放电类型的照明等）、 静止变频装置 （交 — 直 — 交和交 — 交变频器等）、 感应电动机、 整周波控制
作者信息 林海雪， 男， 中国电力科学研究院， 教授级高级工程师。
3
电能质量国家标准系列讲座 第 7 讲 公用电网间谐波标准 （林海雪） 715
表 2 间谐波电压含有率限值 （%） Tab. 2 Limits of interharmonic voltage ratio （%）
电压等级
频率 / Hz
< 100
100 ～ 800
1 000 V 及以下
0. 2
0. 5
1 000 V 以上
0. 16
0. 4
注： 频率 800 Hz 以上的间谐波电压限值还处于研究中。
Key words Public supply network Interharmonic National standard Limit value Power quality
摘 要 介绍间谐波的基本概念及其产生的影响 ， 国际相关标准对间谐波限值的规定， 并详细解析 GB / T 24337 - 2009 《电 能 质 量 公 用 电 网 间 谐 波 》 对间谐波限值的规定， 间谐波的测量和取值， 及抑制 间谐波的措施。
专家讲座
电能质量国家标准系列讲座
Lectures on National Standard of Power Quality
第 7 讲 公用电网间谐波标准
林海雪 （中国电力科学研究院， 北京市 100192） Lecture Seven Interharmonic Standard in Public Supply Network Lin Haixue （China Electric Power Research Institute， Beijing 100192， China）
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BUILDING
2 0 11 年 第 12 期 ELECTRICITY
的晶闸管装置、 电源信号电压以及某些异常工况下 的间谐波（例如铁磁谐振、 串补系统中的低频振荡）。 因此间谐波在电网中广泛存在。 随着分布式电源的 接入， 智能电网的发展， 间谐波的含量有增大趋势。
间谐波的影响尚在探讨中， 其最主要的影响有： 引起电压波动和闪变、 无源滤波器的过载 （间谐波的 谐振放大所致）、 干扰电力线上控制、 保护和通讯信 号， 引起机电系统低频振荡、 影响以电压过零点为同 步信号的控制设备以及某些家用电器正常工作等等。 因此电网的间谐波电压必须控制在一定水平以下。 国 标 GB / T 24337 - 2009 《 电 能 质 量 公 用 电 网 间 谐 波》 就是在这样背景下产生的。 本讲主要介绍该标准的 基本内容及制定中的一些问题， 供执行标准时参考。
姨 Uih =
3
Uih13 +
Ui
3
h2
+
……
+
Ui
3
hk
（1）
式 中 ： Ui h1 — —— 第 1 个 间 谐 波 源 的 第 ih 次 间 谐 波 电压；
Uih2 — —— 第 2 个 间 谐 波 源 的 第 ih 次 间 谐 波 电压；
Ui hk — —— 第 k 个 间 谐 波 源 的 第 ih 次 间 谐 波 电压；
of interharmonic voltage
- 2003 《电磁兼容 环境 工厂低频传导骚扰的兼容 水平》 中将电磁环境分为 3 类： 第 1 类适用于对电源 中骚扰很敏感的设备 （例如实验室仪器、 某些自动控 制和保护设备及计算机等）； 第 2 类一般适用于公用 电网和工业环境； 第 3 类仅适用于工业环境中骚扰负 载的内部耦合点 （IPC）， 兼容水平高于第 2 类。 标准 指出， 目前兼 容 水 平 只 是 对 工 频 （50 Hz） 附 近 导 致 供电电压幅值调制的间谐波电压给出的， 主要考虑拍 频效应导致的灯光闪烁， 即电压波动引起的闪变， 适 用于第 2 类环境。 因此对于低次间谐波兼容水平由 闪变要求决定。 由此得出图 1 所示的曲线 （该标准 附 录 的 表 C. 1 列 出 了 在 低 压 电 网 中 ， 对 于 闪 变 影 响 的间谐波电压指示值， 同国标中表 A. 1）。