1 概述

配電網中的高次諧波的治理已經成為我國電力環(huán)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(guī)則性變化，反映出諧波為隨機變量的特征;②規(guī)則性的變化，其大小隨諧波源負荷的大小、系統(tǒng)運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(guī)定;了解和掌握各種電力設備投運前、后相關系統(tǒng)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象等。

2 諧波國家標準的具體規(guī)定

2.1 測量條件

國標GB/T14549-1993《電能質量·公用電網諧波》明確諧波測量應在最嚴重的條件下進行，即選擇在電網正常供電時系統(tǒng)可能出現的最小運行方式，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、可控硅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，并不一定達到最嚴重的條件，例如測點附近有多個諧波源，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上進行評價。

2.2 監(jiān)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(jiān)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(jiān)測點的諧波水平必須符合諧波國家標準的規(guī)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范圍，前者用含有率(%)表示，后者用有效值(A)表示;標準還規(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于2min，測量次數應滿足數理統(tǒng)計的要求，一般不小于30次，以使測量值平均數的分布接近于正態(tài)分布所需的最低樣本數。

對于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(xù)時間不作規(guī)定。

為了區(qū)別暫態(tài)現象和諧波，對于負荷變化快的諧波，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(xù)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

由于諧波源的多樣性和多變性，數據處理必須根據對象有所區(qū)別，在測量時段內所測得的各測量值均為隨機變量，應按統(tǒng)計的方法確定其諧波水平。標準規(guī)定：取測量時段內各相持續(xù)測量過程中實測值的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，舍棄前面5%個大值，取剩余實測值中的最大值。

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(guī)定

國際電工委員會(IEC)標準的規(guī)定，把諧波按其波動快慢和性質分為四類：

(1)準穩(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。

標準中規(guī)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、對于產生瞬時影響的波動和快速變化的諧波，取　　Tvs=3s中各點測量值中的最大值，對于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。對于后四種間隔的測量，一般采用對實測數據按累積概率P作統(tǒng)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)計數據至少為100個。

4 諧波測量與監(jiān)測儀器

數字式諧波分析儀是已廣泛應用于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后，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，并可獲得更多的信息，如諧波功率、諧波阻抗、以及對諧波進行各種統(tǒng)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。

由于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(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)儀表接入電網的諧波檢測儀，如諧波功率計，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，并具有國標要求的統(tǒng)計功能。

諧波測量儀器應具有一定的精度及滿足系統(tǒng)現場使用的工作條件。國家標準采用了國際電工委員會(IEC)關于諧波測量和儀器的通用導則。該導則規(guī)定了用于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，并總結了TV和T

A諧波測量的誤差等，表1列出了儀器的最大允許誤差。

在表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。儀器應保證在額定電壓±15%波動范圍內，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(fā)的《電力法》、《電力供應與使用條例》、《電能質量·公用電網諧波》及電力部門制定的相關法規(guī)、條例。對電網的諧波測量和檢測有利于諧波的管理，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，投運前后在系統(tǒng)和電容器組的各種運行方式下進行諧波監(jiān)測。

參考文獻

[1]電能質量·公用電網諧波　GB/T14549-1993[S]

[2]呂潤.電力系統(tǒng)高次諧波[M].中國電力出版社，1998年5月

[3]孫樹勤，林海雪.干擾性負荷的供電[M]，中國電力出版社，1996年12月