IEEE Std 519—2014諧波標準簡介

吳命利

（北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,北京 100044）

IEEE Std 519—2014諧波標準簡介

吳命利

（北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,北京 100044）

介紹了美國電氣電子工程師協(xié)會2014年修訂的諧波標準“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，新標準可操作性和實用性更強，值得我國修訂諧波國標時參考和借鑒。

諧波標準；諧波測量；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） 諧波標準在1992年版本基礎(chǔ)上，采納了IEC電磁兼容相關(guān)標準的諧波測量方法。引入了非常短時諧波和短時諧波測量值概念，考慮了諧波的概率分布特性，用一天或一周諧波電壓、電流的測量值得第99和第95百分位數(shù)與限值比較，對諧波限值整體上實際上有所放寬，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用性更強。IEEE對519諧波標準的修訂思路值得我國借鑒和參考。

1 范圍與目的

標準的“范圍”部分與舊版沒有變化，依舊說明了本建議做法建立了設(shè)計即包含線性負荷又包含非線性負荷電氣系統(tǒng)時的電壓、電流波形畸變控制目標，指出電源和負荷之間的分界面是公共連接點，遵守設(shè)計目標將使電氣設(shè)備之間的干擾最小化。文檔強調(diào)只解決穩(wěn)態(tài)諧波限值，不含暫態(tài)；也不含無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)認為這些限值在所有情況下都具有約束力。

在確定限值時，認為系統(tǒng)的所有者或運行者（system owners or operators） 與用戶（users） 對控制諧波都有責(zé)任。用戶產(chǎn)生的諧波電流流入系統(tǒng)將引起諧波電壓，從而會供給其他用戶。供給用戶的諧波電壓畸變嚴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用戶和系統(tǒng)設(shè)備的潛在負面效應(yīng)。為了保持諧波電壓在這些水平之下，就需要做到兩點。

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

b）系統(tǒng)的所有者或運行者在必要時采取措施通過改變供電系統(tǒng)阻抗特性來降低電壓畸變水平。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源設(shè)備。

2 術(shù)語定義

在術(shù)語定義部分，同1992年版本相比，刪減了濾波器、功率因數(shù)、變流器等定義，并對一些術(shù)語進行了微調(diào)。這里需要重點指出以下3個術(shù)語。

a）最大需量負荷電流（maximum demand load current）：在公共連接點處，用戶前12個月最大需量電流的平均值。

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

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數(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，以用戶最大需量電流為基準，這就避免了諧波電流指標在用戶間的分配問題。

3 諧波測量

在規(guī)范性引用部分，列出了3個IEC電磁兼容測量標準，即IEC 61000—4—7，IEC 61000—4—30，IEC 61000—4—15。這說明IEEE全面采納了IEC推薦的測量方法。

對50 Hz電力系統(tǒng)，進行離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform，DFT） 的測量數(shù)據(jù)窗寬為10個周波（200 ms），頻率分辨率為5 Hz，1個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個分量值合成為1個有效值作為結(jié)果。

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

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

考慮到諧波的概率分布特性，測量結(jié)果與限值比較時要進行統(tǒng)計分析。對于非常短時諧波，取第99百分位數(shù)（1%測量時間的測量結(jié)果超過此值），一般用于1天24 h測量結(jié)果的評估。對于短時諧波，取第95和第99百分位數(shù)，一般用于1 周7 d測量結(jié)果的評估。

這里有必要指出的是，IEEE 519處理諧波測量結(jié)果時，使用了“百分位數(shù)” （percentile value） 這個概念，即，第95和第99百分位數(shù)（the 95th and 99th percentile value），而沒有使用概率大值這個概念。本人認為這個表達更為準確。因為，測量的諧波量所服從的真正概率分布，只能通過大量實測數(shù)據(jù)去逼近，從一段有限時間內(nèi)的測試結(jié)果，并不能準確統(tǒng)計出某一分布特性下的概率值。正如我國諧波國標中盡管使用了95%概率值，但專門增加了一個說明：為了實用方便，實測值的95%概率值可按下述方法近似選?。簩崪y值按由大到小次序排列，舍棄前面5%的大值，取剩余實測值中的最大值。注意這里面說的“近似”二字是不能省略的，因為一次有限時間段的樣本值，不能得出嚴格的概率值。

4 諧波電壓和電流限值

4.1 電壓限值

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

a）每天非常短時（3 s） 測量值的第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（10 min） 測量值的第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數(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)標稱電壓范圍，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。

a）每天非常短時（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（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（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的百分數(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個表中有3個共同的標注。

表2 標稱電壓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)實際上是按3相整流電路相數(shù)增加時，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 標稱電壓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、電流限值有幾個明顯變化。

表4 標稱電壓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）對諧波電壓限值，明確了1天非常短時諧波電壓測量值的第99百分位數(shù)限值取表中數(shù)值的1.5倍，1周短時諧波電壓測量值的第95百分位數(shù)限值取表中數(shù)值。

c） 對于大于161 kV的系統(tǒng)，給出電流限值時，把短路比小于50的情況又細分為小于25和處于25和50之間兩種情況，即對弱電源系統(tǒng)，進一步嚴格控制用戶諧波電流。

d）對諧波電流限值，明確了每天非常短時諧波電流的第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；每周短時諧波電流的第95百分位數(shù)應(yīng)小于表中給出值。

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

無疑，這幾處修改，使得IEEE 519諧波標準更加好操作，實用性也更強。同時，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)及其自動化專業(yè)，工學(xué)博士，教授，研究方向為電氣化鐵道和城市軌道交通供電，電能質(zhì)量測試分析與控制，電力系統(tǒng)數(shù)字仿真。