电网谐波问题的新发展：探讨超高次谐波

3 超高次谐波的影响

文献［5］指出：电网中2kHz～150kHz频率范围的发射水平持续上升，由此引发的干扰事件也不断增加，例如设备误动，表计指示失真，电子镇流器的噪声加大等。研究指出，高频（HF）电压成分在电网中一般传输不很远，原因是安装在HF发射源附近的其他电子设备常提供比网络本身阻抗低得多的通路，这种低阻抗通路主要是由并联电容器（它可能是EMC滤波器组成部分）或整流器的直流联络环节，其中关键是电介质电容器，这种电容器通过HF电流时会产生附加发热，减少寿命，从而造成电子设备故障。

文献［6］对窄带电力线通信和末端用户设备之间在实验室和现场做了5种不同类型的相互作用测试，认为末端用户设备造成低阻抗通路是发生通信故障的最普通的原因；由于末端用户设备的并联电容，也有可能使载波通信损坏接入电网的设备。

4 仿真模型

为了研究超高次谐波在低压配电网中的干扰影响，文献［7］基于Matlab/Simulink软件及其SimPowerSystems程序库建立一个仿真模型，扼要介绍如下：

1）逆变器模型。见图2，用最通用的PWM控制开关，用此方法使低频谐波较少，但高频谐波较大。在直流侧只用一个直流（DC）电压源（=360V），因为该回路对交流侧HF干扰的影响不大；f滤波器已选定（f=12.8mH），主要使低于2kHz的谐波满足标准要求，并可减少2kHz～150kHz谐波（尚无标准）。

图2 逆变器模型

2）LV配电网模型。该模型分为两个部分，首先是LV馈线，为了简化，采用三相分段π线路模型，见图3。和低频（LF）模型相比主要有两点不同：首先在高频（HF）情况下电容不能忽略，这使分析计算复杂化；另外在HF下电阻因集肤效应变大，而且不同频率应取不同电阻值，不过在综合元件模型中（例如用SimPowerSystem程序库中的模型）电阻值必须固定，本模型参数是从表1的正序和负序参数中推出的。除了LV馈线，MV/LV变压器是网络中主设备，变压器的参数是由特别测试得到的，预先包含在中压（MV）网的戴维宁（Thevenin）等值模型中，上述的MV电源用SimPowerSystem程序库的三相电压表示，其短路功率150MVA，/为4/7，这些均是典型值。

图3 三相分段π线路

在上述模型基础上，搭建各种仿真线路图，例如图4为研究一台逆变器和一个整流型负载相互影响的仿真框图。

图4 研究一台逆变器和一个整流型负载相互影响的仿真线路图

5 研究动态

由于电力电子技术的发展和迅速普及，近10年来，电网中“超高次谐波”水平日益增加，相关的异常和事故不断出现，迫切需要对其作深入研究，使其标准化。目前已有多个工种组开展了这个课题的工作［8］。

CIGRE/CIRED联合工作组C4.24：“与未来电气网络相关的电能质量和EMC问题”对频带为2kHz～150kHz超高次谐波的研究是现行活动的重要部分；

超高次谐波也是CIGREC4/C6.29工作组：“太阳电力电能质量方面”研讨的主题之一；

CIGREC4.31关于电力线通信9kHz～150kHz频带，作为潜在干扰问题在讨论。

在IEEE内部，IEEEP1250（电力和能源学会）已研讨了超高次谐波，并作为IEEEEMC学会TC7的重要领域。

IECTC77A内部几个课题组和工作组均涉及这个频率范围。虽然TC77A（低频现象）和TC77B（高频现象）之间分界定在9kHz，这个界限现在应当被视为历史了。

在欧洲，标准化组织CENELEC中，尤其是负责欧洲电压特性标准EN50160的工作组，对于2kHz～150kHz频带超高次谐波标准化的需求，也在应用导则中提及，超高次谐波问题也包含在新近制定的IECTS62749中［3］。由超高次谐波的发射观察到的干扰信息由CENELECTC210汇总，其中与电力线通信的潜在干扰成为主要因素。该频率范围发射的定量是最新起草的IEC61000-4-30（即电能质量测量方法）标准中的一部分。关于电力线通信的欧洲标准（EN50065）和其对应的IEC标准（IEC61000-3-8）中明确频率范围为9kHz～148.5kHz。

6 结语

2kHz～150kHz的超高次谐波的研究是一个快速发展的领域［9］，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，迫切需要深入探讨。目前国际上已有多个工作组在从事这方面研究，国内也应积极开展此项研究工作。本文主要根据近期国外文献资料，简要介绍超高次谐波的产生、影响、主要特点以及目前研究的概况，供相关专业人员参考。

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