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1、文档供参考，可复制、编制，期待您的好评与关注！ 电力系统谐波电压标准的研讨中国电力科学研究院 林海雪摘要：配合谐波国标GB/T14549-1993的修订，本文介绍了国际电工委员会（IEC）新近出版的相关标准，以新老标准对比方法，说明美国IEEE、英国和俄罗斯等国谐波电压标准的变化，结合国内谐波调研状况，进行一些分析，提出国标中谐波电压限值修订建议，可供相关专业人员参考。1 引言 随着国民经济的快速发展，电力系统中非线性负荷越来越多，电网谐波“污染”导致的电能质量问题仍很普遍。由国家技术监督局颁布的国标电能质量 公用电网谐波（GB/T 145491993）正在修订。标准修订涉及国外相关标准和执行
2、国标存在问题的调研，其中谐波电压的确定具有根本意义。为此目的，本文首先介绍了国际电工委员会（IEC）相关标准，然后将美国电气电子工程师学会（IEEE）以及英国、俄罗斯和欧洲一些国家的谐波标准新老版本，摘取其中有关电网谐波电压方面的规定作对比介绍，结合国内谐波调研状况，进行一些分析，并对国标中谐波电压限值提出修订建议，可供标准修订人员以及对此问题有兴趣的专业人员参考。2 IEC谐波电压标准国际电工委员会（IEC）是国际电气标准权威机构，为了统一各国电气标准和规范，陆续制定了电磁兼容（EMC）61000系列标准，其中相当部分已被采用为国标或指导性技术文件。IEC 61000系列标准文件分为国际标准
3、和技术报告两大类文件。至今已出版的和谐波电压关系密切的标准文件有：（1）IEC 6100022公用低压供电系统低频传导骚扰和信号传输的兼容水平（国标GB/T 18039.3-2003）1该标准中规定了低压（LV）电网中单次谐波电压兼容值（参见表1，对应于长期值）。表1 LV和MV系统中谐波电压兼容值（相对于基波分量的百分数）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h谐波电压/%谐波次数h谐波电压/%谐波次数h谐波电压/%5635227591.541113.5150.460.5133210.380.517h492.27(17/h)-0.2721h450.210h500.25(1
4、0/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
5、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 145491993）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
6、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
7、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）奇次谐波（3的倍数）偶次谐波次数h电压（%）次数h电压（%）次数h电压（%）MVHV-EHVMVHV-EHVMVHV-EHV55234221.81.474291.21410.81131.5150.30.360.50.4132.51.5210.20.280.
8、50.417h491.9(17/h)-0.21.2(17/h)21h450.20.210h500.25(10/h)+0.220.19(10/h)+0.16注：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
9、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（%）Vn15.08.01Vn693.05.069Vn1611.52.5Vn1611.01.5注：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
10、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/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460V510中压2.469kV58高压115kV及以上1.51.5注：专用系统是指仅
11、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%，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）
12、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）0.436.5及以下66和132275和400THDu（%）8853.5 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
13、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）奇次谐波（3的倍数）偶次谐波THDu（%）hHR（%）hHR（%）hHR（%）400V54.034.021.6574.091.241.0113.0150.360.56.6、11和20kV53.033.021.5473.091.241.0112.0150.360.5大于20kV小于145kV52.032.021.0372.091.040.8111.5150.360.5275kV，400kV52.031.521.0371.590.540.8111.0150.360.5 * 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）系统电压（kV）THDu（%）HR（%）奇次偶次0.4155426.6，11431.7533，663211321.510.5 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
