- 頭條寬頻域諧波的潛在威脅欠缺全面考慮，現有標準需進一步優化2019-12-18 作者：周柯、涂春鳴 等 | 來源：《電氣技術》雜志社 | 點擊率：導語為適應新時代電網的發展，諧波標準仍需要進一步完善：（1）現有標準往往只考慮25次以下諧波的影響，新的諧波標準應包含25次以上的寬頻域諧波；（2）應考慮將遠距離輸電線路的放大系數納入新標準；（3）如何結合兩種標準，綜合考慮寬頻域諧波電流與諧波電壓的相互作用；（4）如何根據新的諧波特性建立新的高頻諧波負荷諧波發射標準；（5）對于20次以下諧波的放大現象，如何建立有效的觀測手段，明確諧波的實際影響，包括對特殊階次諧波的觀測。
電能作為使用最為廣泛的二次能源，在支撐整個國民經濟生產和發展中具有舉足輕重的地位。電力諧波將導致電氣設備壽命縮短、網損增大、電容器故障、計量誤差、繼電保護裝置誤動等諸多問題，是衡量電能質量問題的一個重要指標。為了提高整個供電系統的電能質量，必須對諧波進行有效的檢測和治理。
近年來，針對各種非線性負載，如電壓調節電路、功率調節電路和整流電路等傳統諧波問題，國內外學者開展了大量的研究工作。在諧波檢測方面，如傅里葉變換諧波檢測方法、基于瞬時功率理論的諧波檢測方法、基于神經網絡的智能算法等；在諧波分析方面，對不同諧波源進行精確建模（如恒流源模型、精確模型和混合模型），求解諧波潮流一直是研究的熱點和難點；諧波控制方法包括PI控制、單周期控制、變結構控制、無差拍控制、廣義積分器等；在諧波抑制裝置方面，相關研究主要集中在諧波濾波器的拓撲結構、諧波檢測方法、控制策略和控制方法、參數設計方法和裝置的實現。
隨著全球能源互聯網建設的穩步推進、智能電網的全面建設、分布式能源大量并網、PWM技術普遍使用和高壓長距離跨區域輸電工程全面發展，電力系統中具有沖擊性、非線性、不平衡性特征的電力電子裝置迅速增加，單臺變流設備容量逐漸增大，電網諧波水平逐年增高，電網諧波特性也隨之發生新的變化，逐漸呈現為諧波頻域增寬、中高頻諧波含量增加、多類型諧波交互影響等新特征。
據了解，限制電力系統諧波水平主要通過限制用戶的諧波發射水平來實現，而限制用戶諧波發射水平的依據是國家標準。經過不斷改進和實踐檢驗，各類諧波標準已經取得了長足的進步。2000年，我國國家技術監督局將IEC 61000電磁兼容系列標準和技術報告中涉及高壓電網諧波及其限制等同為國家指導性技術文件，其最主要的特點在于設置了電力系統任意一點電壓畸變兼容水平，并規定規劃水平限值要低于兼容水平限值。
經分析發現，國內外現階段的諧波研究主要集中在對低頻諧波的研究，很少涉及高頻諧波，尤其是PWM控制引起的寬頻域諧波問題。此外，大多數諧波標準只考慮低于25次的諧波。新能源、分布式發電的快速發展，寬頻域諧波的諧振劣化問題給電網的安全性和可靠性帶來了新的挑戰，同時諧波頻次范圍的擴大與諧波標準的不足之間的矛盾日益凸顯。
寬頻域諧波問題日益普遍，分布電容的影響不容忽視。廣西電網有限責任公司電力科學研究院、國家電能變換與控制工程技術研究中心（湖南大學）的研究人員周柯、涂春鳴等，在分析分布電容的影響的基礎上，建立了寬頻域輸電線路諧振劣化問題分析模型，揭示了諧振劣化的機理。其后對湖南省某輸電線路進行了實證研究，結合實際線路的理論分析和實測結果，驗證了諧振劣化分析方法的正確性。結果表明，當發生諧振劣化時，相關標準沒有全面地考慮寬頻域諧波的潛在威脅。
研究發現，寬頻域諧波在傳輸過程中會被放大。諧波諧振劣化不僅影響了電網中的設備，也增加了評價諧波標準的難度。因此，在制定諧波標準時必須考慮諧波諧振劣化因素。結合理論分析和實證結果，對國標（GB）和國際電工委員會（IEC）標準進行比較，發現現有標準無法完全涵蓋具有新特點的諧波問題，因此該諧振劣化分析方法為現有諧波標準的完善優化提供了理論參考依據。相關研究成果已在《電工技術學報》2018年增刊2上發表，題目為“寬頻域諧波諧振劣化問題及其對諧波標準的影響分析”。
研究者表示，為適應新時代電網的發展，諧波標準仍需要進一步完善：（1）現有標準往往只考慮25次以下諧波的影響，新的諧波標準應包含25次以上的寬頻域諧波；（2）應考慮將遠距離輸電線路的放大系數納入新標準；（3）如何結合兩種標準，綜合考慮寬頻域諧波電流與諧波電壓的相互作用；（4）如何根據新的諧波特性建立新的高頻諧波負荷諧波發射標準；（5）對于20次以下諧波的放大現象，如何建立有效的觀測手段，明確諧波的實際影響，包括對特殊階次諧波的觀測。
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