IEC規格に基づく高調波検討 | 国際電力品質のディスカッション·フォーラム

このアプローチ, 基本的にヨーロッパで使われている, アジア, および他の多くの地域, IEEE 方式とは規範的な構造が異なります。, 特に測定技術とスペクトルのグループ化に関するもの .

1. IEC の規範枠組みと基本原則

IEEE のアプローチとは異なります, 接続点での制限に焦点を当てます, IEC アーキテクチャはモジュール式です. 測定方法を明確に区別します, 機器の排出制限, およびネットワーク分析技術.

1.1 IEC の構造 61000 シリーズ

総合的な高調波研究のために, 複数の標準間の相互作用を理解する必要がある:

IEC 61000-4-7: これが研究の技術的核心です. 測定を定義します “ツールボックス”: 楽器の使い方, サンプル, 高調波と次次高調波の信号を最大で処理します。 9 kHzの .
IEC 61000-4-30: これは測定機器の性能クラスを定義します。 (上級学習クラスA, 最高の精度を保証) .
IEC 61000-3-2 / -3-12: これらは、個々の機器の高調波電流放出制限を設定します。 (≤16Aおよび >16フェーズのA, それぞれ) .
IEC TR 61000-3-6 / -3-7: 技術レポート (非規範的だが権威ある) MV での設置の歪みに対する接続制限を決定するための原則を提供する, HV, およびEHVネットワーク.

1.2 IEC に基づく主要な定義 61000-4-7

IEC は、高調波の非定常な性質を処理するための特定の概念を導入しています。:

スペクトル成分 (シ): 離散フーリエ変換の RMS 値 (DFT) 指定された周波数の出力 (5 Hzの分解能) .
高調波サブグループ (HG): スペクトル漏洩効果に対抗するため, 正確な高調波線は、すぐに隣接する 2 つのスペクトル線とグループ化されます。. この値は制限との比較に使用されます .
間高調波サブグループ (IG): 連続する高調波の間に位置するスペクトル成分のグループ化 .

周波数軸 — 5 Hz ビン (10-サイクルウィンドウ, 50 Hz系)

between h=1 and h=2 HG h = 2 (100 ヘルツ)

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

Harmonic subgroup HG

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

Interharmonic subgroup IG(N = 10, so i = 2..9, 8 bins)

$$G_{sg,h+1} = \sqrt{\和_{i=-1}^{+1} C^2_{N(h+1) + 私}}$$

Harmonic subgroup HG (h+1)

Harmonic subgroup (HG) — harmonic bin ± 1 neighbour Interharmonic subgroup (IG) - 8 bins between harmonics

図 1: Harmonic and Interharmonic Grouping according to IEC

Technical note: The harmonic sub-group of order n (HG_N) is the square root of the sum of the squares of the harmonic line n and the two adjacent spectral lines. This method reduces uncertainty due to fundamental frequency fluctuations .

2. Data Acquisition and Modeling

The accuracy of an IEC-based study relies on strict adherence to measurement parameters and detailed source characterization.

2.1 Grid Data and Point of Connection

Grid Impedance: Unlike the American approach, which often uses the short-circuit ratio, the European approach (aligned with guides like the UK’s G5/4 or G5/5) often requires harmonic impedance. 理想的に, the network operator providesimpedance loci 周波数の関数として .
Background Distortion: On-site measurements according toIEC 61000-4-30 クラスA (10-サイクルウィンドウ, precise synchronization) over a representative period (often one week) .

2.2 Non-Linear Load Data (Norton Model)

While 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.
ノートンインピーダンス (Zh): The internal impedance seen from the load terminals. It is crucial for detecting resonance phenomena between the load and the network.

テーブル 1: Measurement Parameters according to IEC 61000-4-30 Instrument Class

パラメータ	クラスA (Studies)	クラスS (Surveys)
Measurement uncertainty (電圧)	±0.1% (for U > 1% あなた_nom)	±1.0%
Synchronization	Robust PLL with frequency tracking	May be less strict
Time aggregation	Very short (3の) and short (10分) 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 周波数スキャン分析

Before calculating distortions, identify the resonance frequencies of the combined system (グリッド + ケーブル + transformers of the installation).

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

インピーダンス |で| (Z) 誘導性 ωL 容量性1/ωC 共振 (250 ヘルツ)

F_レス = 250 ヘルツ — 5次高調波で_ピーク ≈ 38 Z — 並列共振 Q ≈ 8 — 品質係数

図 2: Frequency Scan and Resonance Risk

An impedance peak at 250 Hz would amplify the 5th harmonic. If the peak is at 275 ヘルツ, the interharmonic components around that frequency will be the problem.

3.2 Calculation of the Installation's Contribution (Incremental)

The IEC approach, adopted by guides like G5/5, distinguishes between your site'sincremental contribution とtotal distortion.

式: Using the Norton model. $で_{H, inc} = \frac{で_{グリッド} (H) \times で_{ロード} (H)}{で_{グリッド} (H) + で_{ロード} (H)} \times {私は}_{H, ソース}$ In practice, ソフトウェア (PowerFactory, ETAP, EMTP) solves the system for each frequency.
Verification: This incremental voltage must not exceed a certain percentage of the background voltage (頻繁 1% へ 2% depending on national guides).

3.3 Calculation of Harmonic Sub-groups

This is the most characteristic step of the IEC approach. You do not present the exact 250 Hz line, but the HG5 sub-group.

Perform the DFT on a10-サイクルウィンドウ (200 ms for 50 ヘルツ, ~166.6 ms for 60 ヘルツ) .
Obtain the spectral components C_i with a 5 Hz step.
Calculate the sub-group for harmonic order *n*:

$H G_{N} = \sqrt{\sum_{私 = - 1}^{+ 1} ℃_{私}^{2}}$

どこ $℃_{0}$ is the exact harmonic line, と $℃_{- 1}$ and $℃_{+ 1}$ are the adjacent lines .

3.4 Time Aggregation and Statistical Evaluation

IEC 61000-4-30 requires aggregation to smooth out variations :

Very short values (3 秒): の集約 15 の窓 200 MS.
短い値 (10 分): の集約 200 3 の値.
比較: コンプライアンスは通常、短い値で検証されます。 (10 分), それを確実にする 95% 価値観の (または 99% 契約に応じて) 計画された制限を下回っています.

4. コンプライアンスおよび調査報告書

4.1 互換性および計画レベルとの比較

IEC TR 61000-3-6 3 つの異なるレベルを定義します :

排出レベル: インストールによって注入されるもの (計算されたHGとIG).
企画レベル: ネットワークオペレータの内部制限, 互換性レベルよりも厳しい, 安全マージンを維持するために.
互換性レベル: 基準妨害レベル (例えば, THDv = 8%) どこで 95% の機器が正しく機能することが期待される .

報告書は、あなたの貢献と背景の歪みの合計が共通結合点での計画レベルを下回っていることを証明する必要があります。 (PCC).

4.2 緩和とフィルタリング

制限を超えた場合, 研究では解決策を提案する必要がある:

パッシブフィルター: 問題のある高調波サブグループ向けに調整 (HG).
アクティブ·フィルタ: 電流を注入してリアルタイムで高調波をキャンセルします.
デチューニング: インピーダンスを変更する (例えば, ラインリアクトルの追加) 共振ピークを臨界周波数からずらす.

4.3 最終報告書の内容

IEC 準拠のレポートには次の内容を含める必要があります。:

単線図 インストールと上流ネットワークの.
入力データ: グリッドインピーダンス, 負荷電流スペクトル (IECに準拠した測定または認証の証明付き 61000-3-2).
シミュレーション結果: 通常および緊急時の動作条件における HG および IG の表.
統計分析: 限界と比較した、計算されたレベルの累積確率曲線 .

結論: コンプライアンスの明示的な声明または是正措置の計画.