電能質量公用電網諧波

1 主題內容與適用範圍

本標準規定了公用電網諧波的允許值及其測試方法。

本標準適用於交流額定頻率為50Hz，標稱電壓110kV及以下的公用電網。

標稱電壓為220kV的公用電網可參照110kV執行。

本標準不適用於暫態現象和短時間諧波。

2 引用標準

GB 156 額定電壓

3 術語

3.1 公共連接點 point of common coupling

    用戶接入公用電網的連接處。

3.2 諧波測量點 harmonic measurement points

    對電網和用戶的諧波進行測量之處。

3.3 基波(分量) fundamental (component)

    對周期**流量進行付立葉級數分解，得到的頻率與工頻相同的分量

3.4 諧波(分量) harmonic (component)

    對周期**流量進行付立葉級數分解，得到頻率為基波頻率大於1整數倍的分 量。

3.5 諧波次數(h)  harmonic order(h)

    諧波頻率與基波頻率的整數比。

3.6 諧波含量(電壓或電流) harmonic content (for voltage or current)

    從周期**流量中減去基波分量後所得的量。

3.7 諧波含有率 harmonic ratio (HR)

    周期**流量中含有的第h次諧波分量的方均根值與基波分量的方均根值之 比(用百分數表示)。

第h次諧波電壓含有率以 表示，第h次諧波電流含有率以HRIh表示。

3.8 總諧波畸變率 total harmonic distortion (THD)

周期**流量中的諧波含量的方均根值與其基波分量的方均根值之比(用百分數表示)。

電壓總諧波畸變率以 表示，電流總諧波畸變率以 表示。

3.9 諧波源 harmonic source

    向公用電網注入諧波電流或在公用電網中產生諧波電壓的電氣設備。

3.10 短時間諧波 short duration harmonics

衝擊持續的時間不超過2s，且兩次衝擊之間的間隔時間不小於30s的電流所 含有的諧波及其引起的諧波電壓。

注：諧波術語的數學表達式見附錄A(補充件)。

4 諧波電壓限值

公用電網諧波電壓(相電壓)限值見表1。

表1 公用電網諧波電壓(相電壓)

5 諧波電流允許值

5.1 公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量(方均根值)不應超過表2中 規定的允許值。當公共連接點處的*小短路容量不同於基準短路容量時，表2中的 諧波電流允許值的換算見附錄B(補充件)。

表2 注入公共連接點的諧波電流允許值

     注：220kV基準短路容量取2000MVA。

5.2 同一公共連接點的每個用戶向電網注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的 協議容量與其公共連接點的供電設備容量之比進行分配。分配的計算方法見附錄 C(補充件)。

6 測量

測量諧波的方法、數據處理及測量儀器的規定見附錄D(補充件)。

附 錄 A

諧波術語的數學表達式

(補充件)

A1 第h次諧波電壓含有率 ：

                             (A1)

式中 U_h——第h次諧波電壓(方均根值)；

     U₁——基波電壓(方均根值)。

A2 第h次諧波電流含有率HRI_h：

                      (A2)

式中I_h——第h次諧波電流(方均根值)；

    I₁——基波電流(方均根值)。

A3 諧波電壓含量U_H：

                         ( A3)

A4 諧波電流含量I_h：

                         (A4)

A5 電壓總諧波畸變率THD_u：

                     (A5)

A6 電流總諧波畸變率THD_i：

                     (A6)

 附 錄 B

諧波電流允許值的換算

(補充件)

    當電網公共連接點的*小短路容量不同於表2基準短路容量時，按下式修正表2中的諧波電流允許值：

                               (B1)

式中 S_K1——公共連接點的*小短路容量，MVA；

    S_K2——基準短路容量，MVA；

    I_hp——表2中的第h次諧波電流允許值，A；

    I_h——短路容量為 時的第h次諧波電流允許值。

附 錄 C

諧波的基本計算式

(補充件)

C1 第h次諧波電壓含有率HRU_h與第h次諧波電流分量I_h的關係

                           (C1)

    近似的工程估算按式(C2)或式(C3)計算

                            (C2)

或

                             (C3)

式中 U_N——電網的標稱電壓，kV；

    S_k——公共連接點的三相短路容量，MVA；

     I_h——第h次諧波電流，A；

    Z_h——係統的第h次諧波阻抗，Ω。

C2 兩個諧波源的同次諧波電流在一條線路的同一相上疊加，當相位角已知時按式 (C4)式計算

                   (C4)

式中I_h1——諧波源1的第h次諧波電流，A；

    I_h2——諧波源2的第h次諧波電流，A；

    ——諧波源1和諧波源2的第h次諧波電流之間的相位角。

    當相位角不確定時，可按式(C5)進行計算

                      (C5)

式中K_h係數按表C1選取。

表C1  式(C5)中係數K_h的值

兩個以上同次諧波電流疊加時，先將兩個諧波電流疊加，然後再與第三個 諧波電流相疊加，以此類推。

兩個及以上諧波源在同一節點同一相上引起的同次諧波電壓疊加的計算式與 式(C4)或式(C5)類同。

C3 在公共連接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值(I_hi)按式(C6)計算：

                           (C6)

式中 I_h——按附錄B換算的第h次諧波電流允許值，A；

    S_i——第i個用戶的用電協議容量，MVA；

    S_t——公共連接點的供電設備容量，MVA；

    α——相位疊加係數，按表C2取值。

表C2 諧波的相位疊加係數

     附 錄 D

測量諧波的方法、數據處理及測量儀器

(補充件)

D1 諧波電壓(或電流)測量應選擇在電網正常供電時可能出現的*小運行方式，且 應在諧波源工作周期中產生的諧波量大的時段內進行(例如：電弧煉鋼爐應在熔化期測量)。

當測量點附近安裝有電容器組時，應在電容器組的各種運行方式下進行測量。

D2 測量的諧波次數一般為第2到第19次，根據諧波源的特點或測試分析結果， 可以適當變動諧波次數測量的範圍。

D3 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，一般不少於30次。

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。

D4 諧波測量的數據應取測量時段內各相實測量值的95%概率值中*大的一相值， 作為判斷諧波是否超過允許值的依據。

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。

注：為了實用方便，實測值的95%概率值可按下述方法近似選取：將實測值按由大到小次序排列，舍棄前麵5%的大值，取剩餘實測值中的*大值。

D5 諧波的測量儀器。

D5.1 儀器的功能應滿足本標準測量要求。

D5.2 為了區彆暫態現象和諧波，對負荷變化快的諧波，

每次測量結果可為3s內所測值的平均值。推薦采用下式計算：

                           (D1)

式中 U_hk——3s內第k次測得的h次諧波的方均根值；

      m——3s內取均勻間隔的測量次數，m≥6。

D5.3 儀器準確度

    諧波測量儀的允許誤差見表D1。

表D1 諧波測量儀的允許誤差

注：①U_N為標準電壓，U_h為諧波電壓；I_N為額定電流，I_h為諧波電流。

②A級儀器頻率測量範圍為0～2500Hz，用於較**的測量，儀器的相角測 量差不大於±5°或±1°；B級儀器用於一般測量。

D5.4 儀器有一定的抗電磁乾擾能力，便於現場使用。儀器應保證其電源在標稱電 壓±15%，頻率在49～51Hz範圍內電壓總諧波畸變率不超過8%條件下能正常 工作。

D6 對不符合D5.2條規定的儀器，可用於負荷變化慢的諧波源的測量。如用於負荷 變化快的諧波源的測量，測量條件和次數應分彆符合D1條和D3條的規定。

D7 在測量的頻率範圍內，儀用互感器、電容式分壓器等諧波傳感設備應有良好的 頻率特性，其引入的幅值誤差不應大於5%，相角誤差不大於5°。在冇有確切的 頻率響應誤差特性時，電流互感器和低壓電壓互感器用於2500Hz及以下頻率的諧波 測量；6～110kV電磁式電壓互感器可用於1000Hz及以下頻率測量；電容式電壓 互感器不能用於諧波測量。在諧波電壓測量中，對諧波次數或測量精度有較高需要 時，應采用電阻分壓器( ＜1kV)或電容式分壓器( ≥1kV)。

附加說明：

本標準由國內電壓電流等級和頻率標準化技術委員會歸口。

本標準由能源部電力司負責起草。能源部電力科學研究院、四川省電力工業 局、華中理工大學、湖南省電力工業局、山西電力試驗研究所等參加起草。

本標準主要起草人：曲濤、任元、林海雪、杜德立、陳寶喜、李平之、呂潤餘。