浅谈智能电网谐波问题——超级谐波的发展

  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，简要介绍智能电网超级谐波的产生、影响、主要特征以及目前研究的动态，供有关专业人员参考，以期在国内开展这方面的研究。

  当今，电力电子技术仍在加快速度进行发展，其应用场景范围几乎渗透到所有的领域。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。随着可再次生产的能源的大力开发，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。

  1)电力公司的脉动控制管理系统，频率范围为100Hz～3kHz(一般低于500Hz)，一般的情况下在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施产生。

  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(secondary emission)。原生发射是指骚扰源(装置)单独引起的发射;次生发射是指其他装置发射时对其影响后骚扰源(装置)的发射。这两者有明显的不同。影响原生发射的重要的因素有：装置的拓扑结构;连接点的阻抗;谐振。在低压网络中，装置的连接点阻抗由变压器、电缆(称之为“网络的阻抗”)以及建筑物内部线路，连同其他连接装置阻抗构成，后者可以称为设施的阻抗，在2kHz～150kHz频率范围内，网络阻抗以电感为主，较设施阻抗(往往以所连装置的电容为主)相对要高。影响次生发射的重要的因素有：邻近装置的发射强度;装置连接点阻抗和网络以及设施阻抗的关系。

  图1是一台电视机 (TV)对一个PV逆变器的原生和次生发射的实测波形。PV逆变器产生的主要谐波频率16kHz，当TV连接时，PV逆变器的次生发射在16kHz 处频谱明显放大;另外出现55kHz谱线，后者在原生发射中不出现，说明是由TV产生的。测试还发现，超级谐波频率越高，则传输距离越近：由PV逆变器产生的16kHz分量水平在试验屋内的连接点处保持相当稳定，在公共连接点(PCC)处略有降低，在PCC处测不到屋内其他装置产生的 55kHz～150kHz电压或电流成分，这说明这些频率分量只在室内电器之间传递，并不进入电网。这是超级谐波的另一特点。

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