電力環(huán)保要加強(qiáng)高次諧波的治理

1.概述

配電網(wǎng)中的高次諧波的治理已經(jīng)成為我國電力環(huán)保工作的十分重要的內(nèi)容之一。高次諧波有著顯著的特點(diǎn)：

①隨機(jī)性的變化，即為小周期、短間隔的不規(guī)則性變化，反映出諧波為隨機(jī)變量的特征；

②規(guī)則性的變化，其大小隨諧波源負(fù)荷的大小、系統(tǒng)運(yùn)行方式等作大周期的變化。

諧波測量對抑制諧波有著重要的指導(dǎo)作用：檢定實(shí)際網(wǎng)絡(luò)諧波源用戶的諧波水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；了解和掌握各種電力設(shè)備投運(yùn)前、后相關(guān)系統(tǒng)的諧波水平及其變化、檢驗(yàn)諧波對有關(guān)設(shè)備的影響；諧波故障和異常的原因測量，以找到應(yīng)采取的相應(yīng)對策;諧波專題測試還可以便于了解諧波源特性、系統(tǒng)諧波阻抗、諧波潮流分布和諧波放大現(xiàn)象等。

2.諧波國家標(biāo)準(zhǔn)的具體規(guī)定

2.1測量條件國標(biāo)GB/T14549-1993《電能質(zhì)量?公用電網(wǎng)諧波》明確諧波測量應(yīng)在最嚴(yán)重的條件下進(jìn)行，即選擇在電網(wǎng)正常供電時系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最小運(yùn)行方式，且在諧波源工作周期中產(chǎn)生的諧波量大的時段內(nèi)進(jìn)行，例如電弧爐應(yīng)在熔化期、可控硅軋機(jī)應(yīng)在軋鋼大負(fù)荷期、電氣化鐵道應(yīng)在電力機(jī)車集中的高峰期測量。當(dāng)測量點(diǎn)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(chǎn)生某次諧波放大或諧振，應(yīng)在電容器組，或?yàn)V波器組的各種運(yùn)行組合的方式下進(jìn)行測量。實(shí)際測量時，并不一定達(dá)到最嚴(yán)重的條件，例如測點(diǎn)附近有多個諧波源，系統(tǒng)在某些方式下會形成諧振等，可在多種方式和測量的基礎(chǔ)上進(jìn)行評價。

2.2監(jiān)測點(diǎn)和測試量原則上選取諧波源用戶接入公用電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)作為諧波的監(jiān)測點(diǎn)、測量該點(diǎn)的諧波電壓和諧波源用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流，要求監(jiān)測點(diǎn)的諧波水平必須符合諧波國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。諧波電壓和諧波電流的諧波次數(shù)一般測量第2～19次，但根據(jù)諧波源的特點(diǎn)和測試分析結(jié)果，可以適當(dāng)變動諧波次數(shù)測量的范圍，前者用含有率(%)表示，后者用有效值(A)表示；標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)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(xù)時間對于負(fù)荷變化快的諧波源(例如：煉鋼電弧爐、晶閘管變流設(shè)備供電的軋機(jī)、電力機(jī)車等)，測量的間隔時間不大于2MIN，測量次數(shù)應(yīng)滿足數(shù)理統(tǒng)計(jì)的要求，一般不小于30次，以使測量值平均數(shù)的分布接近于正態(tài)分布所需的最低樣本數(shù)。對于負(fù)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(xù)時間不作規(guī)定。為了區(qū)別暫態(tài)現(xiàn)象和諧波，對于負(fù)荷變化快的諧波，每次測量結(jié)果可為3S內(nèi)所測得的平均值。推薦采用下式計(jì)算：式(1)中，UNK為3S內(nèi)第K次測得的N次諧波的方均根值；M為3S內(nèi)取得均勻間隔的測量次數(shù)，M≥6。式(1)的值即可作為持續(xù)測量過程中的一次諧波測量值。

2.4測量數(shù)據(jù)的處理及諧波水平值的確定由于諧波源的多樣性和多變性，數(shù)據(jù)處理必須根據(jù)對象有所區(qū)別，在測量時段內(nèi)所測得的各測量值均為隨機(jī)變量，應(yīng)按統(tǒng)計(jì)的方法確定其諧波水平。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：取測量時段內(nèi)各相持續(xù)測量過程中實(shí)測值的95%概率值，并取三相中最大一相的值，作為該測試時段的諧波水平值，并以此作為判斷諧波是否超標(biāo)的依據(jù)。為了實(shí)用方便，實(shí)測值的95%概率值可近似按實(shí)測值由大到小的順序排列，舍棄前面5%個大值，取剩余實(shí)測值中的最大值。但對負(fù)荷變化慢的諧波源，可選五個接近的實(shí)測值，取其算術(shù)平均值作為諧波水平值。

3.IEC對諧波測量方法的規(guī)定

國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，把諧波按其波動快慢和性質(zhì)分為四類：

(1)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)(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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的諧波主要指前三類。該文件中對不同波動性質(zhì)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、對于產(chǎn)生瞬時影響的波動和快速變化的諧波，取TVS=3S中各點(diǎn)測量值中的最大值，對于產(chǎn)生長期影響的諧波，取3S中各點(diǎn)測量值的均方根值作為各次諧波的評估值。對于后四種間隔的測量，一般采用對實(shí)測數(shù)據(jù)按累積概率P作統(tǒng)計(jì)計(jì)算，P為諧波取值不超過某一給定值的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)不同的波動和影響情況，可用測量間隔內(nèi)每個TVS=3S內(nèi)的測量值確定的最大值或均方根值，再取不超過概率P的最大值，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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)至少為100個。

4.諧波測量與監(jiān)測儀器

數(shù)字式諧波分析儀是已廣泛應(yīng)用于實(shí)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(shù)(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(gòu)成。模擬信號經(jīng)采樣、離散化為數(shù)字序列信號后，經(jīng)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行諧波分析和計(jì)算，得到基波和各次諧波的幅值和相位，并可獲得更多的信息，如諧波功率、諧波阻抗、以及對諧波進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)處理和分析，各種分析計(jì)算結(jié)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。由于微機(jī)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(chǎn)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(jìn)的MCS-8098單片計(jì)算機(jī)，使運(yùn)算速度較快，實(shí)時性較強(qiáng);能實(shí)現(xiàn)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(guān)系，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，并可以從多次測量值中篩選出前五個大值；每次測量結(jié)果可以為一個周期或3S平均值等，以適應(yīng)國標(biāo)的要求。對諧波進(jìn)行長期的監(jiān)測，可以用功能較簡單、造價較低、體積較小而又能作為常規(guī)儀表接入電網(wǎng)的諧波檢測儀，如諧波功率計(jì)，諧波電壓、電流，諧波監(jiān)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(yīng)滿足諧波國家標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)能同時測取三相量，并具有國標(biāo)要求的統(tǒng)計(jì)功能。諧波測量儀器應(yīng)具有一定的精度及滿足系統(tǒng)現(xiàn)場使用的工作條件。國家標(biāo)準(zhǔn)采用了國際電工委員會(IEC)關(guān)于諧波測量和儀器的通用導(dǎo)則。該導(dǎo)則規(guī)定了用于諧波測量儀器的主要性能、準(zhǔn)確度要求和對不同波動性質(zhì)的諧波的測量方法，并總結(jié)了TV和TA諧波測量的誤差等，表1列出了儀器的最大允許誤差。表1中所給的條件下，同一儀器的絕對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(yīng)的允許誤差較大，精度較低。A級儀器用于較精確的測量，其頻率測量范圍為0～2500HZ，儀器的相角測量誤差不大于±5°(各次)或±1°?H，B級儀器供一般性的測量或監(jiān)測使用，主要用于測量諧波大小，相角精度不作規(guī)定。儀器應(yīng)保證在額定電壓±15%波動范圍內(nèi)，電壓總畸變率不超過8%條件下正常工作。

6.結(jié)語

電網(wǎng)諧波管理的依據(jù)是國家頒發(fā)的《電力法》、《電力供應(yīng)與使用條例》、《電能質(zhì)量?公用電網(wǎng)諧波》及電力部門制定的相關(guān)法規(guī)、條例。對電網(wǎng)諧波的測量和檢測有利于諧波的管理，從測量的實(shí)際值幫助我們分析和尋找電網(wǎng)諧波電壓超標(biāo)的原因，對有關(guān)諧波源和電容器采取針對性的措施。當(dāng)存有諧波源的電網(wǎng)新增電容補(bǔ)償設(shè)計(jì)時，還應(yīng)核算諧波諧振或放大的可能性，投運(yùn)前后在系統(tǒng)和電容器組的各種運(yùn)行方式下進(jìn)行諧波監(jiān)測。