电网谐波问题的新发展——谈超级谐波 _知识百科

2～150kHz超级谐波的研究是一个快速发展的新领域，特别是用于可再生能源的电网逆变器和开关电源的影响。这类谐波大量引入现代低压电网，引发了不少电能质量新问题。目前国际上已有多个工作组在从事这方面研究。文章主要根据近期国外文献资料，扼要介绍超级谐波的产生、影响、主要特点以及目前研究动态。
引言
关于较高频率(指工频40次或50次以上)谐波问题，最早见于文献[1-2]，于2002年列为这两个IEC国际标准的资料性附录。文献[1]将50次以上的谐波电压和间谐波电压一并纳入“无用电压”(unwanted voltage)范畴。文献[2]则专门谈了50次至9kHz谐波频率的测量问题。应注意， IEC将低频和高频的分界点定为9kHz，因此所谓“较高频率谐波”指的是约2kHz(对应欧洲通用的40次谐波)至9kHz的谐波，仍属低频传导干扰范围。由于在电网中纹波控制接收机响应水平低至0.3%标称电压，为了避免被干扰，文献[1]的附录B中建议50次以上， 9kHz以下单次谐波限值为=0.2%;对于这个范围内任何200Hz带宽的谐波，设其中心频率为，则建议限值为：

文章插图

式中：U 1为基波电压有效值;U f为频率为f 的电压分量有效值;F 为频带的中心频率(高于50次谐波的频带) 。
文献[1]附录B中指出，已有超过上述水平引起干扰的一些实例，但目前对这些频率成分在电网中的影响，知之甚少，还不足以确定公认的兼容水平。
从2000年以来，对于“较高频率”谐波，在国际电工委员会(IEC)、欧洲电工技术标准化委员会(CENELEC)、国际大电网会议(CIGRE)、国际供电会议(CIRED)以及IEEE等国际组织中均开展研究，并根据干扰源(例如换流器、开关电源)和敏感设备(例如电力线载波通信)的频谱覆盖范围，将频率拓展为2kHz～150kHz，并定义为“超级谐波”(supraharmonics) 。
对于超级谐波，我国尚未开展相关的研究，但某些影响已有察觉。本文主要根据近期国外文献资料，简要介绍超级谐波的产生、影响、主要特点以及目前研究的动态，供相关专业人员参考，以期在国内开展这方面的研究。
1、超级谐波的产生
当今，电力电子技术仍在快速发展，其应用范围几乎渗透到各个领域。该技术发展的重要标志之一是晶闸管的开关速度大幅度提高，例如逆变器(DC/AC变换器)的开关频率已从早期的几十赫兹、几千赫兹提高到几十千赫兹甚至几百千赫兹。随着可再生能源的大力开发，特别是大量太阳能光伏逆变器(即PV逆变器)的投入，以及各种开关电源的应用，使电网(主要在低压电网)中2kHz～150kHz范围内超级谐波迅速增加，其有害影响的案例也在不断上升。
另外，公用电网一般还用于信号传输，文献[3]中考虑了3种类型信号系统：
1)电力公司的脉动控制系统，频率范围为100Hz～3kHz(一般低于500Hz)，正常情况下在5%N以内，有谐振时可达9%N 。
2)电力公司的电力载波，频率范围为3kHz～95kHz，允许信号水平为5%N，这些信号在电网中传输时会很快衰减(大于40dB) 。
3)末端用户(居民区或工业用户)的信号系统，如欧洲(ITU区域1)频率范围为95kHz～148.5kHz，允许信号水平分别为0.6%N或5%N 。在某些国家或地区，频率上限到500kHz，允许信号水平为2mV～0.6mV 。这些信号的频率相当部分在超级谐波范围内，因此电网中超级谐波源既有各种电子设备产生的，也有人为使用的通信设备产生。
2、超级谐波的特点
研究证明， 2kHz～150kHz谐波的传输扩散不同于普通谐波发射，这是一种新型电能质量现象。特点之一是所谓的原生发射(primary emission)和次生发射(seco