吳命利

（北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,北京 100044）

IEEE Std 519—2014諧波標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

吳命利

（北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,北京 100044）

介紹了美國(guó)電氣電子工程師協(xié)會(huì)2014年修訂的諧波標(biāo)準(zhǔn)“IEEE Std 519—2014電力系統(tǒng)諧波控制的建議做法和要求”，與1992年版本相比，新標(biāo)準(zhǔn)可操作性和實(shí)用性更強(qiáng)，值得我國(guó)修訂諧波國(guó)標(biāo)時(shí)參考和借鑒。

諧波標(biāo)準(zhǔn)；諧波測(cè)量；電壓畸變

0 引言

2IEEE Std 519—2014（電力系統(tǒng)諧波控制的建議做法和要求） 諧波標(biāo)準(zhǔn)在1992年版本基礎(chǔ)上，采納了IEC電磁兼容相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的諧波測(cè)量方法。引入了非常短時(shí)諧波和短時(shí)諧波測(cè)量值概念，考慮了諧波的概率分布特性，用一天或一周諧波電壓、電流的測(cè)量值得第99和第95百分位數(shù)與限值比較，對(duì)諧波限值整體上實(shí)際上有所放寬，其中低壓系統(tǒng)放寬幅度最大?？傮w上看，新版本的可操作性和實(shí)用性更強(qiáng)。IEEE對(duì)519諧波標(biāo)準(zhǔn)的修訂思路值得我國(guó)借鑒和參考。

1 范圍與目的

標(biāo)準(zhǔn)的“范圍”部分與舊版沒(méi)有變化，依舊說(shuō)明了本建議做法建立了設(shè)計(jì)即包含線性負(fù)荷又包含非線性負(fù)荷電氣系統(tǒng)時(shí)的電壓、電流波形畸變控制目標(biāo)，指出電源和負(fù)荷之間的分界面是公共連接點(diǎn)，遵守設(shè)計(jì)目標(biāo)將使電氣設(shè)備之間的干擾最小化。文檔強(qiáng)調(diào)只解決穩(wěn)態(tài)諧波限值，不含暫態(tài)；也不含無(wú)線電頻率的干擾影響。

在“目的”部分，明確指出文檔所給出的限值為推薦值，由于一些考慮比較保守，不應(yīng)認(rèn)為這些限值在所有情況下都具有約束力。

在確定限值時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)的所有者或運(yùn)行者（system owners or operators） 與用戶（users） 對(duì)控制諧波都有責(zé)任。用戶產(chǎn)生的諧波電流流入系統(tǒng)將引起諧波電壓，從而會(huì)供給其他用戶。供給用戶的諧波電壓畸變嚴(yán)重程度是所有用戶諧波電流累加效應(yīng)以及供電系統(tǒng)阻抗特性的函數(shù)。制定諧波電壓畸變限值是為了減少諧波對(duì)用戶和系統(tǒng)設(shè)備的潛在負(fù)面效應(yīng)。為了保持諧波電壓在這些水平之下，就需要做到兩點(diǎn)。

a）所有用戶限制各自發(fā)出的諧波電流到合理值，這個(gè)合理值根據(jù)每個(gè)用戶占供電系統(tǒng)的份額來(lái)平等確定。

b）系統(tǒng)的所有者或運(yùn)行者在必要時(shí)采取措施通過(guò)改變供電系統(tǒng)阻抗特性來(lái)降低電壓畸變水平。并且，用戶不應(yīng)該增加影響阻抗特性從而造成電壓畸變放大的無(wú)源設(shè)備。

2 術(shù)語(yǔ)定義

在術(shù)語(yǔ)定義部分，同1992年版本相比，刪減了濾波器、功率因數(shù)、變流器等定義，并對(duì)一些術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了微調(diào)。這里需要重點(diǎn)指出以下3個(gè)術(shù)語(yǔ)。

a）最大需量負(fù)荷電流（maximum demand load current）：在公共連接點(diǎn)處，用戶前12個(gè)月最大需量電流的平均值。

b） 短路比（short-circuit ratio)：特定地點(diǎn)最大短路電流與負(fù)荷電流的比值。

c） 總需量畸變 （Total Demand Distortion, TDD）：諧波成分方均根值與最大需量電流比值的百分?jǐn)?shù)，考慮至50次諧波，但不含間諧波。如有必要也可包含高于50次的諧波。

在確定用戶諧波電流限值時(shí)，以用戶最大需量電流為基準(zhǔn)，這就避免了諧波電流指標(biāo)在用戶間的分配問(wèn)題。

3 諧波測(cè)量

在規(guī)范性引用部分，列出了3個(gè)IEC電磁兼容測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，即IEC 61000—4—7，IEC 61000—4—30，IEC 61000—4—15。這說(shuō)明IEEE全面采納了IEC推薦的測(cè)量方法。

對(duì)50 Hz電力系統(tǒng)，進(jìn)行離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform，DFT） 的測(cè)量數(shù)據(jù)窗寬為10個(gè)周波（200 ms），頻率分辨率為5 Hz，1個(gè)諧波分量由中心頻率分量及其兩側(cè)5 Hz分量合成得到。比如，要得到3次諧波分量，需要將10周波采樣數(shù)據(jù)的DFT結(jié)果中的150、145、155 Hz 這3個(gè)分量值合成為1個(gè)有效值作為結(jié)果。

對(duì)于一個(gè)電氣量的諧波測(cè)量結(jié)果，用非常短時(shí)諧波和短時(shí)諧波來(lái)記錄。非常短時(shí)諧波以3 s為記錄間隔，采用連續(xù)15個(gè)10周波諧波結(jié)果的平均有效值。

短時(shí)諧波以10 min為記錄間隔，采用連續(xù)200個(gè)非常短時(shí)諧波結(jié)果的平均有效值。

考慮到諧波的概率分布特性，測(cè)量結(jié)果與限值比較時(shí)要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)于非常短時(shí)諧波，取第99百分位數(shù)（1%測(cè)量時(shí)間的測(cè)量結(jié)果超過(guò)此值），一般用于1天24 h測(cè)量結(jié)果的評(píng)估。對(duì)于短時(shí)諧波，取第95和第99百分位數(shù)，一般用于1 周7 d測(cè)量結(jié)果的評(píng)估。

這里有必要指出的是，IEEE 519處理諧波測(cè)量結(jié)果時(shí)，使用了“百分位數(shù)” （percentile value） 這個(gè)概念，即，第95和第99百分位數(shù)（the 95th and 99th percentile value），而沒(méi)有使用概率大值這個(gè)概念。本人認(rèn)為這個(gè)表達(dá)更為準(zhǔn)確。因?yàn)椋瑴y(cè)量的諧波量所服從的真正概率分布，只能通過(guò)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)去逼近，從一段有限時(shí)間內(nèi)的測(cè)試結(jié)果，并不能準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出某一分布特性下的概率值。正如我國(guó)諧波國(guó)標(biāo)中盡管使用了95%概率值，但專(zhuān)門(mén)增加了一個(gè)說(shuō)明：為了實(shí)用方便，實(shí)測(cè)值的95%概率值可按下述方法近似選取：將實(shí)測(cè)值按由大到小次序排列，舍棄前面5%的大值，取剩余實(shí)測(cè)值中的最大值。注意這里面說(shuō)的“近似”二字是不能省略的，因?yàn)橐淮斡邢迺r(shí)間段的樣本值，不能得出嚴(yán)格的概率值。

4 諧波電壓和電流限值

4.1 電壓限值

在公共連接點(diǎn)（Point of Common Coupling，PCC）處，系統(tǒng)擁有者或運(yùn)行者應(yīng)限制相電壓的諧波到如下水平。

a）每天非常短時(shí)（3 s） 測(cè)量值的第99百分位數(shù)應(yīng)小于表1數(shù)值的1.5倍。

b） 每周的短時(shí)（10 min） 測(cè)量值的第95百分位數(shù)應(yīng)小于表1數(shù)值。

所有值均為PCC處額定電力頻率電壓的百分?jǐn)?shù)。表1只考慮供電頻率的整倍數(shù)頻率的諧波。

表1 電壓畸變限值

4.2 電流限值

根據(jù)電網(wǎng)標(biāo)稱(chēng)電壓范圍，在PCC處，分別按表

2、3、4給出用戶諧波電流限值，要求以下幾點(diǎn)。

a）每天非常短時(shí)（3 s） 諧波電流的99百分位值應(yīng)小于表2給出值的2倍。

b） 每周短時(shí)（10 min） 諧波電流的99百分位值應(yīng)小于表2給出值的1.5倍。

c）每周短時(shí)（10 min）諧波電流的95百分位值應(yīng)小于表2給出值。

表2中所有值均為最大需量電流IL的百分?jǐn)?shù)，并且只考慮供電頻率的整倍數(shù)頻率的諧波。其中ISC/IL為短路比，ISC為PCC處的最大短路電流。這3個(gè)表中有3個(gè)共同的標(biāo)注。

表2 標(biāo)稱(chēng)電壓120 V〈U≤69 kV系統(tǒng)的電流畸變限值

如果用戶采取措施降低了低次諧波，則可適當(dāng)增大表2、3、4中的高次諧波電流限值。表5給出了增大系數(shù)，如果第1列中諧波次數(shù)限制到表2、3、4中給出值的25%，則諧波電流限值可按第2列給出的系數(shù)增大。這里的系數(shù)實(shí)際上是按3相整流電路相數(shù)增加時(shí)，特征諧波次數(shù)（np± 1，p為相數(shù)） 增高而低次諧波含量變小考慮的，近似為SQRT（P/6)。

表3 標(biāo)稱(chēng)電壓69 kV〈U≤161 kV系統(tǒng)的電流畸變限值

5 關(guān)于限值的討論

不難發(fā)現(xiàn)，同1992年版本相比，2014版本諧波電壓、電流限值有幾個(gè)明顯變化。

表4 標(biāo)稱(chēng)電壓U〉161 kV系統(tǒng)的電流畸變限值

表5 增大諧波電流限值的建議系數(shù)

a） 對(duì)于1 kV（含） 以下的低壓系統(tǒng)，電壓畸變限值放寬，由總諧波畸變率由5%放寬到8%，單次諧波由3%放寬到5%。

b）對(duì)諧波電壓限值，明確了1天非常短時(shí)諧波電壓測(cè)量值的第99百分位數(shù)限值取表中數(shù)值的1.5倍，1周短時(shí)諧波電壓測(cè)量值的第95百分位數(shù)限值取表中數(shù)值。

c） 對(duì)于大于161 kV的系統(tǒng)，給出電流限值時(shí)，把短路比小于50的情況又細(xì)分為小于25和處于25和50之間兩種情況，即對(duì)弱電源系統(tǒng)，進(jìn)一步嚴(yán)格控制用戶諧波電流。

d）對(duì)諧波電流限值，明確了每天非常短時(shí)諧波電流的第99百分位數(shù)應(yīng)小于表中給出值的2倍；每周短時(shí)諧波電流的第99百分位數(shù)應(yīng)小于表中給出值的1.5倍；每周短時(shí)諧波電流的第95百分位數(shù)應(yīng)小于表中給出值。

e）當(dāng)用戶低次諧波控制較好時(shí)，可以適當(dāng)放大高次諧波含量，給出了相關(guān)放大系數(shù)。

無(wú)疑，這幾處修改，使得IEEE 519諧波標(biāo)準(zhǔn)更加好操作，實(shí)用性也更強(qiáng)。同時(shí)，也在一定程度上考慮了電網(wǎng)現(xiàn)狀，諧波限值整體上有所放寬，其中低壓放寬最多。

An Introduction to the IEEE Std 519—2014 Harmonic Standard

WU Mingli

（School of Electrical Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

The new versions of IEEE harmonic standard,IEEE Std 519—2014 IEEERecommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems,are introduced briefly.Compared with the versions of1992,the new documents aremore operationaland practical.Itisworthy of reference for the revision of thenationalharmonic standard ofour country.

harmonic standard;harmonicmeasurement;voltage distortion

TM71

A

1671-0320（2016）05-0070-03

2016-07-08，

2016-08-17

吳命利（1971），男，河北藁城人，2006畢業(yè)于北京交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工學(xué)博士，教授，研究方向?yàn)殡姎饣F道和城市軌道交通供電，電能質(zhì)量測(cè)試分析與控制，電力系統(tǒng)數(shù)字仿真。