淺談智能電網(wǎng)諧波問題——超級諧波的發(fā)展

　　對于超級諧波，我國尚未開展相關(guān)的研究，但某些影響已有察覺。本文主要根據(jù)近期國外文獻(xiàn)資料，簡要介紹超級諧波的產(chǎn)生、影響、主要特點(diǎn)以及目前研究的動態(tài)，供相關(guān)專業(yè)人員參考，以期在國內(nèi)開展這方面的研究。

　　1、超級諧波的產(chǎn)生

　　當(dāng)今，電力電子技術(shù)仍在快速發(fā)展，其應(yīng)用范圍幾乎滲透到各個領(lǐng)域。該技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一是晶閘管的開關(guān)速度大幅度提高，例如逆變器（DC/AC變換器）的開關(guān)頻率已從早期的幾十赫茲、幾千赫茲提高到幾十千赫茲甚至幾百千赫茲。隨著可再生能源的大力開發(fā)，特別是大量太陽能光伏逆變器（即PV逆變器）的投入，以及各種開關(guān)電源的應(yīng)用，使電網(wǎng)（主要在低壓電網(wǎng)）中2kHz～150kHz范圍內(nèi)超級諧波迅速增加，其有害影響的案例也在不斷上升。

　　另外，公用電網(wǎng)一般還用于信號傳輸，文獻(xiàn)中考慮了3種類型信號系統(tǒng)：

　　1）電力公司的脈動控制系統(tǒng)，頻率范圍為100Hz～3kHz（一般低于500Hz），正常情況下在5%N以內(nèi)，有諧振時可達(dá)9%N。

　　2）電力公司的電力載波，頻率范圍為3kHz～95kHz，允許信號水平為5%N，這些信號在電網(wǎng)中傳輸時會很快衰減（大于40dB）。

　　3）末端用戶（居民區(qū)或工業(yè)用戶）的信號系統(tǒng)，如歐洲（ITU區(qū)域1）頻率范圍為95kHz～148.5kHz，允許信號水平分別為0.6%N或 5%N。在某些國家或地區(qū)，頻率上限到500kHz，允許信號水平為2mV～0.6mV。這些信號的頻率相當(dāng)部分在超級諧波范圍內(nèi)，因此電網(wǎng)中超級諧波源既有各種電子設(shè)備產(chǎn)生的，也有人為使用的通信設(shè)備產(chǎn)生。

　　2、超級諧波的特點(diǎn)

　　研究證明，2kHz～150kHz諧波的傳輸擴(kuò)散不同于普通諧波發(fā)射，這是一種新型電能質(zhì)量現(xiàn)象。特點(diǎn)之一是所謂的原生發(fā)射（primary emission）和次生發(fā)射（secondary emission）。原生發(fā)射是指騷擾源（裝置）單獨(dú)引起的發(fā)射;次生發(fā)射是指其他裝置發(fā)射時對其影響后騷擾源（裝置）的發(fā)射。這兩者有明顯的不同。影響原生發(fā)射的主要因素有：①裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);②連接點(diǎn)的阻抗;③諧振。在低壓網(wǎng)絡(luò)中，裝置的連接點(diǎn)阻抗由變壓器、電纜（稱之為“網(wǎng)絡(luò)的阻抗”）以及建筑物內(nèi)部線路，連同其他連接裝置阻抗構(gòu)成，后者可以稱為設(shè)施的阻抗，在2kHz～150kHz頻率范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)阻抗以電感為主，較設(shè)施阻抗（往往以所連裝置的電容為主）相對要高。影響次生發(fā)射的主要因素有：①鄰近裝置的發(fā)射強(qiáng)度;②裝置連接點(diǎn)阻抗和網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)施阻抗的關(guān)系。

　　圖1是一臺電視機(jī) （TV）對一個PV逆變器的原生和次生發(fā)射的實(shí)測波形。PV逆變器產(chǎn)生的主要諧波頻率16kHz，當(dāng)TV連接時，PV逆變器的次生發(fā)射在16kHz 處頻譜明顯放大;另外出現(xiàn)55kHz譜線，后者在原生發(fā)射中不出現(xiàn)，說明是由TV產(chǎn)生的。測試還發(fā)現(xiàn)，超級諧波頻率越高，則傳輸距離越近：由PV逆變器產(chǎn)生的16kHz分量水平在試驗(yàn)屋內(nèi)的連接點(diǎn)處保持相當(dāng)穩(wěn)定，在公共連接點(diǎn)（PCC）處略有降低，在PCC處測不到屋內(nèi)其他裝置產(chǎn)生的 55kHz～150kHz電壓或電流成分，這說明這些頻率分量只在室內(nèi)電器之間傳遞，并不進(jìn)入電網(wǎng)。這是超級諧波的另一特點(diǎn)。

　　圖1 一臺TV對一個PV逆變器原生和次生發(fā)射的影響