Harmonische Studie basierend auf IEC-Standards | Internationale Power-Quality-Diskussions-Forum

Dieser Ansatz, grundsätzlich in Europa verwendet, Asien, und viele andere Regionen, unterscheidet sich von der IEEE-Methode in seiner normativen Struktur, insbesondere in Bezug auf Messtechniken und Spektralgruppierung .

1. Normativer Rahmen und Grundprinzipien der IEC

Im Gegensatz zum IEEE-Ansatz, die sich auf Grenzen am Verbindungspunkt konzentriert, Die IEC-Architektur ist modular aufgebaut. Es wird klar zwischen Messmethoden unterschieden, Emissionsgrenzwerte für Geräte, und Netzwerkanalysetechniken.

1.1 Die Struktur der IEC 61000 Serie

Für eine umfassende harmonische Studie, Sie müssen das Zusammenspiel mehrerer Standards verstehen:

IEC 61000-4-7: Dies ist der technische Kern Ihres Studiums. Es definiert die Messung “Werkzeugkasten”: wie man instrumentiert, Probe, und Prozesssignale für Harmonische und Interharmonische bis zu 9 kHz .
IEC 61000-4-30: Darin werden die Leistungsklassen von Messgeräten definiert (Klasse A für weiterführende Studien, garantiert höchste Genauigkeit) .
IEC 61000-3-2 / -3-12: Diese legen die Emissionsgrenzwerte für Oberschwingungsströme für einzelne Geräte fest (≤16A und >16A pro Phase, beziehungsweise) .
IEC TR 61000-3-6 / -3-7: Technische Berichte (nicht normativ, aber maßgebend) Bereitstellung von Grundsätzen zur Festlegung von Anschlussgrenzen für verzerrende Anlagen in Mittelspannung, HV, und EHV-Netzwerke.

1.2 Wichtige Definitionen gemäß IEC 61000-4-7

Die IEC führt spezifische Konzepte für den Umgang mit der instationären Natur von Harmonischen ein:

Spektrale Komponente (Ci): Der RMS-Wert der diskreten Fourier-Transformation (DFT) Ausgabe für eine bestimmte Frequenz (5 Hz-Auflösung) .
Harmonische Untergruppe (HG): Zur Bekämpfung spektraler Leckageeffekte, die exakte harmonische Linie wird mit den beiden unmittelbar benachbarten Spektrallinien gruppiert. Dieser Wert wird für Vergleiche mit Grenzwerten verwendet .
Interharmonische Untergruppe (ICH G): Die Gruppierung von Spektralkomponenten, die zwischen aufeinanderfolgenden Harmonischen liegen .

Frequenzachse – 5 Hz-Bins (10-Zyklusfenster, 50 Hz-System)

$$G_{sg,h} = \sqrt{\Summe_{i=-1}^{+1} C^2_{n \cdot h + ich}}$$

Harmonische Untergruppe HG

$$G_{isg,h} = \sqrt{\Summe_{i=2}^{N-1} C^2_{n \cdot h + ich}}$$

Interharmonische Untergruppe IG(N = 10, also ich = 2..9, 8 Mülleimer)

$$G_{sg,h+1} = \sqrt{\Summe_{i=-1}^{+1} C^2_{n(h+1) + ich}}$$

Harmonische Untergruppe HG (h+1)

Harmonische Untergruppe (HG) — harmonisches Bin ± 1 Nachbar Interharmonische Untergruppe (ICH G) - 8 Bins zwischen Harmonischen

Abbildung 1: Harmonische und interharmonische Gruppierung gemäß IEC

Technischer Hinweis: Die harmonische Untergruppe der Ordnung n (HG_n) ist die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der harmonischen Linie n und der beiden benachbarten Spektrallinien. Diese Methode reduziert die Unsicherheit aufgrund grundlegender Frequenzschwankungen .

2. Datenerfassung und Modellierung

Die Genauigkeit einer IEC-basierten Studie hängt von der strikten Einhaltung der Messparameter und einer detaillierten Quellencharakterisierung ab.

2.1 Netzdaten und Verbindungspunkt

Netzimpedanz: Anders als der amerikanische Ansatz, wobei häufig das Kurzschlussverhältnis verwendet wird, Der europäische Ansatz (aligned with guides like the UK’s G5/4 or G5/5) often requires harmonic impedance. Ideal, the network operator providesimpedance loci als Funktion der Frequenz .
Background Distortion: On-site measurements according toIEC 61000-4-30 Klasse A (10-Zyklusfenster, precise synchronization) over a representative period (often one week) .

2.2 Non-Linear Load Data (Norton Model)

Während IEC 61000-4-7 doesn’t prescribe a specific calculation model, industrial practice and newer standards (like IEC 61400-27-3 for renewables) require robust models :

Harmonic Current Source (Ih): The emission spectrum of the converter or load, measured in a laboratory according to IEC 61000-3-2.
Norton Impedance (Zh): The internal impedance seen from the load terminals. It is crucial for detecting resonance phenomena between the load and the network.

Tabelle 1: Measurement Parameters according to IEC 61000-4-30 Instrument Class

Parameter	Klasse A (Studies)	Klasse S (Surveys)
Measurement uncertainty (Spannung)	±0.1% (for U > 1% Sie_nom)	±1.0%
Synchronization	Robust PLL with frequency tracking	May be less strict
Time aggregation	Very short (3s) and short (10Minuten) values	Identical

For a compliance study intended for a network operator, the use of Class A instruments is mandatory .

3. Step-by-Step Analysis Methodology according to IEC

3.1 Frequency Scan Analysis

Before calculating distortions, identify the resonance frequencies of the combined system (Gitter + Kabel + transformers of the installation).

Verfahren: Inject a current of 1 A at a variable frequency and calculate the resulting impedance.
Ziel: Identify parallel impedance peaks.
Specific IEC Risk: Interharmonic sub-groups (ICH G) can excite these resonances, even if integer harmonics are filtered.

Impedance |In| (Oh) Inductive ωL Capacitive 1/ωC Resonanz (250 Hz)

f_res = 250 Hz — 5th harmonic order In_Gipfel ≈ 38 Oh — parallel resonance Q ≈ 8 — quality factor

Abbildung 2: Frequency Scan and Resonance Risk

An impedance peak at 250 Hz würde die 5. Harmonische verstärken. Wenn der Höhepunkt erreicht ist 275 Hz, Die interharmonischen Komponenten um diese Frequenz herum werden das Problem sein.

3.2 Berechnung des Installationsbeitrags (Inkrementell)

Der IEC-Ansatz, von Leitfäden wie G5/5 übernommen, unterscheidet zwischen Ihren Websitesinkrementeller Beitrag und dietotale Verzerrung.

Formel: Verwendung des Norton-Modells. ${IN}_{h, inc} = \frac{{In}_{Gitter} (h) \times {In}_{einlegen} (h)}{{In}_{Gitter} (h) + {In}_{einlegen} (h)} \times {Ich}_{h, Quelle}$ In der Praxis, Software (PowerFactory, ETAP, EMTP) löst das System für jede Frequenz.
Überprüfung: Diese inkrementelle Spannung darf einen bestimmten Prozentsatz der Hintergrundspannung nicht überschreiten (oft 1% zu 2% Abhängig von den nationalen Reiseführern).

3.3 Berechnung harmonischer Untergruppen

Dies ist der charakteristischste Schritt des IEC-Ansatzes. Das genaue gibst Du nicht wieder 250 Hz-Linie, sondern die HG5-Untergruppe.

Führen Sie die DFT für a durch10-Zyklusfenster (200 ms für 50 Hz, ~166,6 ms für 60 Hz) .
Ermitteln Sie die Spektralkomponenten C_i mit a 5 Hz-Schritt.
Berechnen Sie die Untergruppe für die harmonische Ordnung *n*:

$H G_{n} = \sqrt{\sum_{ich = - 1}^{+ 1} C_{ich}^{2}}$

wo $C_{0}$ ist die exakte harmonische Linie, und $C_{- 1}$ und $C_{+ 1}$ sind die angrenzenden Zeilen .

3.4 Zeitaggregation und statistische Auswertung

IEC 61000-4-30 erfordert eine Aggregation, um Variationen auszugleichen :

Sehr kurze Werte (3 Sekunden): Aggregation der 15 Fenster von 200 ms.
Kurze Werte (10 Protokoll): Aggregation der 200 Werte von 3s.
Vergleich: Die Einhaltung wird im Allgemeinen anhand der kurzen Werte überprüft (10 Minuten), dafür zu sorgen 95% der Werte (oder 99% je nach Vertrag) liegen unter den geplanten Grenzwerten.

4. Compliance- und Studienbericht

4.1 Vergleich mit Kompatibilitäts- und Planungsebenen

IEC TR 61000-3-6 definiert drei verschiedene Ebenen :

Emissionsniveau: Was Ihre Installation injiziert (die berechneten HGs und IGs).
Planungsebene: Ein internes Limit für den Netzbetreiber, strenger als die Kompatibilitätsstufe, um einen Sicherheitsspielraum einzuhalten.
Kompatibilitätsgrad: Der Referenzstörungspegel (z.B., THDv = 8%) bei dem 95% Von der Ausrüstung wird erwartet, dass sie ordnungsgemäß funktioniert .

Aus Ihrem Bericht muss hervorgehen, dass die Summe aus Ihrem Beitrag und der Hintergrundverzerrung unter dem Planungsniveau am Point of Common Coupling liegt (PCC).

4.2 Schadensbegrenzung und Filterung

Bei Grenzwertüberschreitungen, Die Studie muss Lösungen vorschlagen:

Passive Filter: Abgestimmt auf die problematischen harmonischen Untergruppen (HG).
Aktive Filter: Injizieren Sie Ströme, um Oberschwingungen in Echtzeit zu unterdrücken.
Verstimmung: Ändern der Impedanz (z.B., Hinzufügen von Netzdrosseln) um eine Resonanzspitze von kritischen Frequenzen weg zu verschieben.

4.3 Inhalt des Abschlussberichts

Ein IEC-konformer Bericht muss enthalten:

Einzeiliges Diagramm der Anlage und des vorgelagerten Netzwerks.
Eingabedaten: Netzimpedanz, Laststromspektren (mit Messnachweisen bzw. Zertifizierungen nach IEC 61000-3-2).
Simulationsergebnisse: Tabellen der HGs und IGs für normale und unvorhergesehene Betriebsbedingungen.
Statistische Analyse: Kumulierte Wahrscheinlichkeitskurven der berechneten Werte im Vergleich zu den Grenzwerten .

Abschluss: Ausdrückliche Konformitätserklärung oder ein Plan für Korrekturmaßnahmen.