電網諧波的測量和檢測
1．概述
配電網中的高次諧波的治理已經成為我國電力環保工作的十分重要的內容之一。高次諧波有著顯著的特點：
①隨機性的變化，即為小周期、短間隔的不規則性變化，反映出諧波為隨機變量的特征；
②規則性的變化，其大小隨諧波源負荷的大小、係統運行方式等作大周期的變化。
諧波測量對抑製諧波有著重要的指導作用：檢定實際網絡諧波源用戶的諧波水平是否符合標準的規定；了解和掌握各種電力設備投運前、後相關係統的諧波水平及其變化、檢驗諧波對有關設備的影響；諧波故障和異常的原因測量，以找到應采取的相應對策；諧波專題測試還可以便於了解諧波源特性、係統諧波阻抗、諧波潮流分布和諧波放大現象等。
2．諧波國家標準的具體規定
2.1測量條件國標GB／T14549－1993《電能質量•公用電網諧波》明確諧波測量應在*嚴重的條件下進行，即選擇在電網正常供電時係統可能出現的*小運行方式，且在諧波源工作周期中產生的諧波量大的時段內進行，例如電弧爐應在熔化期、可控矽軋機應在軋鋼大負荷期、電氣化鐵道應在電力機車集中的高峰期測量。當測量點附近安裝有電容器組或存在其它諧波濾波器組時，有可能會產生某次諧波放大或諧振，應在電容器組，或濾波器組的各種運行組合的方式下進行測量。實際測量時，並不一定達到*嚴重的條件，例如測點附近有多個諧波源，係統在某些方式下會形成諧振等，可在多種方式和測量的基礎上進行評價。
2.2監測點和測試量原則上選取諧波源用戶接入公用電網的公共連接點作為諧波的監測點、測量該點的諧波電壓和諧波源用戶注入公用電網的諧波電流，要求監測點的諧波水平必須符合諧波國家標準的規定。諧波電壓和諧波電流的諧波次數一般測量第2～19次，但根據諧波源的特點和測試分析結果，可以適當變動諧波次數測量的範圍，前者用含有率（％）表示，後者用有效值（A）表示；標準還規定，諧波電壓必須測取總諧波畸變率THDU（％）。
2.3測量間隔和持續時間對於負荷變化快的諧波源（例如：煉鋼電弧爐、晶閘管變流設備供電的軋機、電力機車等），測量的間隔時間不大於2MIN，測量次數應滿足數理統計的要求，一般不小於30次，以使測量值平均數的分布接近於正態分布所需的*低樣本數。對於負荷變化慢的諧波源（例如：化工整流器、直流輸電換流站等），測量間隔和持續時間不作規定。為了區彆暫態現象和諧波，對於負荷變化快的諧波，每次測量結果可為3S內所測得的平均值。推薦采用下式計算：式（1）中，UNK為3S內第K次測得的N次諧波的方均根值；M為3S內取得均勻間隔的測量次數，M≥6。式（1）的值即可作為持續測量過程中的一次諧波測量值。
2.4測量數據的處理及諧波水平值的確定由於諧波源的多樣性和多變性，數據處理必須根據對象有所區彆，在測量時段內所測得的各測量值均為隨機變量，應按統計的方法確定其諧波水平。標準規定：取測量時段內各相持續測量過程中實測值的95％概率值，並取三相中*大一相的值，作為該測試時段的諧波水平值，並以此作為判斷諧波是否超標的依據。為了實用方便，實測值的95％概率值可近似按實測值由大到小的順序排列，舍棄前麵5％個大值，取剩餘實測值中的*大值。但對負荷變化慢的諧波源，可選五個接近的實測值，取其算術平均值作為諧波水平值。
3．IEC對諧波測量方法的規定
國際電工委員會（IEC）標準的規定，把諧波按其波動快慢和性質分為四類：
（1）準穩態（慢變化）諧波；
（2）波動諧波；
（3）快速變化諧波；
（4）間諧波（INTERHARMONICS）及其它虛擬部分。
標準中規定的諧波主要指前三類。該文件中對不同波動性質的諧波測量間隔，即測量時段及由測量值確定諧波值的方法提出如下建議：
（1）很短間隔：TVS＝3S；
（2）短間隔：TSH＝10MIN；
（3）長間隔：TL＝1H；
（4）日間隔：TD＝24H；
（5）周間隔：TW＝7D
第（1）種很短間隔測量的諧波取值、對於產生瞬時影響的波動和快速變化的諧波，取TVS＝3S中各點測量值中的*大值，對於產生長期影響的諧波，取3S中各點測量值的均方根值作為各次諧波的評估值。對於後四種間隔的測量，一般采用對實測數據按累積概率P作統計計算，P為諧波取值不超過某一給定值的百分數。根據不同的波動和影響情況，可用測量間隔內每個TVS＝3S內的測量值確定的*大值或均方根值，再取不超過概率P的*大值，第（2）、（3）種測量的P值選取為P＝1％、（10％）、50％、（90％）、95％、99％，第（4）、（5）種測量的P值至少選取為95％和99％，測量統計數據至少為100個。
4．諧波測量與監測儀器
數字式諧波分析儀是已廣泛應用於實際的在線諧波測量、分析諧波分布的重要工具，它是利用離散傅立葉級數（DFT），或由離散傅立葉變換過渡到傅立葉變換（FFT）的基本原理構成。模擬信號經采樣、離散化為數字序列信號後，經微型計算機進行諧波分析和計算，得到基波和各次諧波的幅值和相位，並可獲得更多的信息，如諧波功率、諧波阻抗、以及對諧波進行各種統計處理和分析，各種分析計算結果可在屏幕上顯示或按需要打印輸出。儀器精度較高，功能較多，使用方便。由於微機芯片的性能不斷提高，利用FFT原理、多通道輸入的諧波分析儀漸已取代其它的分析儀，國產比較典型的是GXF－908A多功能電力諧波分析儀，該儀器采用了較先進的MCS－8098單片計算機，使運算速度較快，實時性較強；能實現三相電壓和三相電流共六路信號同步采樣；可以顯示或輸出三相2～39次諧波含有率、電壓畸變率、相位關係，及諧波功率和阻抗等；可繪出被測信號波形，諧波直方圖和變化曲線，並可以從多次測量值中篩選出前五個大值；每次測量結果可以為一個周期或3S平均值等，以適應國標的要求。對諧波進行長期的監測，可以用功能較簡單、造價較低、體積較小而又能作為常規儀表接入電網的諧波檢測儀，如諧波功率計，諧波電壓、電流，諧波監測儀和報警器等。
5．測量儀器的功能和精度
測量儀器的功能至少應滿足諧波國家標準的要求，基本測試量為諧波電壓和諧波電流。儀器的測量通道應能同時測取三相量，並具有國標要求的統計功能。諧波測量儀器應具有一定的精度及滿足係統現場使用的工作條件。國家標準采用了國際電工委員會（IEC）關於諧波測量和儀器的通用導則。該導則規定了用於諧波測量儀器的主要性能、準確度要求和對不同波動性質的諧波的測量方法，並總結了TV和TA諧波測量的誤差等，表1列出了儀器的*大允許誤差。表1中所給的條件下，同一儀器的**允許誤差較相對允許誤差為大，即對較小諧波量的測量，允許精度較低。而B級儀器比A級儀器對應的允許誤差較大，精度較低。A級儀器用於較**的測量，其頻率測量範圍為0～2500HZ，儀器的相角測量誤差不大於±5°（各次）或±1°•H，B級儀器供一般性的測量或監測使用，主要用於測量諧波大小，相角精度不作規定。儀器應保證在額定電壓±15％波動範圍內，電壓總畸變率不超過8％條件下正常工作。
6．結語
電網諧波管理的依據是國家頒發的《電力法》、《電力供應與使用條例》、《電能質量•公用電網諧波》及電力部門製定的相關法規、條例。對電網諧波的測量和檢測有利於諧波的管理，從測量的實際值幫助我們分析和尋找電網諧波電壓超標的原因，對有關諧波源和電容器采取針對性的措施。當存有諧波源的電網新增電容補償設計時，還應核算諧波諧振或放大的可能性，投運前後在係統和電容器組的各種運行方式下進行諧波監測。
