基于IEEE和英国G5/5的谐波研究

进行谐波研究以证明符合公用事业标准是将现代电力系统连接到电网的关键技术过程. 随着基于逆变器的资源和非线性负载的激增, 公用事业公司现在严格执行 IEEE 等标准 519 或英国G5/5，确保电能质量和系统稳定性.

以下技术指南概述了进行谐波研究的系统方法, 基于现行国际标准.

1. 基本概念和监管框架

开始计算之前, 了解管理标准和起作用的物理现象至关重要.

1.1 了解谐波失真

谐波是频率为基频整数倍的正弦电压或电流 (例如, 60 Hz或 50 赫兹) . 它们是由非线性负载（例如变频驱动器）产生的, LED照明, 和逆变器. 这些扭曲可能导致设备过热, 变压器损耗, 及保护误动作 .

1.2 适用标准

标准的选择取决于您的地理位置和公用设施要求:

  • IEEE StD里 519-2014: 主要用于北美, 该标准规定了公共耦合点的电力质量 (PCC). 它限制了个别谐波失真 (内出血) 和总谐波失真 (总谐波失真) 电压和电流的 .
  • 工程建议 G5/5: 英国强制要求, 该标准要求对增量和增量进行更严格的评估 (您工厂的贡献) 和总计 (背景 + 增量式) 谐波电压, 通常评估高达 100 次谐波 .

2. 数据采集​​和系统建模

谐波研究的准确性完全取决于输入数据的质量.

2.1 实用数据 (公共耦合点)

您必须从分销网络运营商处获取以下信息 (底部) 或实用程序:

  • 背景谐波电压: 通常基于 PCC 两周的测量数据来捕获正常运行变化 .
  • 谐波阻抗轨迹: 这描述了网络阻抗如何随频率变化. 这对于识别潜在的共振至关重要. 首选格式是每个谐波阶次的未分组包络 .
  • 网格强度: 通常表示为短路比 (SCR) 在PCC.

2.2 设备数据 (代加工)

原始设备制造商 (代加工) 必须提供工厂的诺顿等效模型 (逆变器, 驱动器, 等等). 这个型号, 对于精确模拟至关重要, 每个频率由两部分组成 :

  • 诺顿电流源: 装置注入的谐波电流的幅值和相位角.
  • 诺顿阻抗: 设备的内部阻抗, 这会影响它与电网谐振的相互作用.
根本 (50 赫兹) 谐波 波形失真
3路 12%
5日 20%
7日 10%
11日 5%
13日 4%
总谐波失真= 23.1% 波峰因数 = 1.38 峰值= 1.32 可以

图 1: 谐波示例 (交互的)

基波频率和谐波频率组合产生的波形失真 (完全互动).

3. 逐步谐波分析方法

一旦收集到数据, 该研究使用专用软件通过一系列分析步骤进行 (例如, ETAP, DIgSILENT PowerFactory).

3.1 频率扫描分析

第一步是频率扫描以确定谐振条件. 软件注入不同频率的电流并测量阻抗.

  • 目标: 识别平行 (高阻抗) 及系列 (低阻抗) 共振点.
  • 风险: 如果谐振峰与特征谐波频率对齐 (例如, 5日, 7日, 11日), 谐波电压将被放大, 导致高失真 .
阻抗 |在| (Ž) 感抗 ωL 电容式 1/ωC 谐振 (300 赫兹)
f1 = 60 赫兹 - 基本的 f资源 = 300 赫兹 — 第五次谐波 在高峰 ≈ 38 Ž — 并联谐振 Q ≈ 8 — 品质因数

图 2: 谐波 第五次谐波的谐振 (例子)

阻抗与. 显示平行谐振峰的频率图.

使用电站的诺顿模型和电网阻抗, 计算仅由您的新设备引起的电压失真.

3.2 计算增量谐波电压

F该r米您我一:在Ĥ=我Ĥ×在Ĥ 公式: V_{Ĥ} =我_{Ĥ} \次Z_{Ĥ}

哪里: 在Ĥ 是谐波电压, 我Ĥ 是谐波电流, 和 在Ĥ 是谐波阶次的电网阻抗 Ĥ.

合规性检查: 该值必须低于 "增量限制" 由公用事业或标准设置 (例如, G5/5阶段 1 范围) .

3.3 计算总谐波失真

这将增量贡献与预先存在的背景失真结合起来.

  • 总电压谐波失真 (总谐波失真): 均方根 (有效值) 所有谐波电压, 以基波电压的百分比表示.
  • 合规性检查: THDv 和各个谐波电压必须保持低于 "总限额" (例如, IEEE 519 电压质量或 G5/5 规划水平的限制) .
系统: 电压等级 (IEEE 519):
测量 IHD (%在) IEEE 519 限制 G5/5规划级别
总谐波失真 = - IEEE 519 总谐波失真限值 = - 地位: -

图 3: 电压谐波 (交互的)

各个谐波电压的条形图表示 (VN) 占基本面的百分比 .

基于IEEE和英国G5/5的谐波研究

G5/5 和类似标准要求检查新连接不会对邻近客户产生负面影响. 这涉及模拟邻近变电站或敏感地点的影响 (医院, 数据中心) .

工厂 — 诺顿模型 (代加工) 公用事业 / 格 公共耦合点 我ₙ(Ĥ) 诺顿 当前 Zₙ(Ĥ) 诺顿 阻抗 我ₕ→ Vₕ Zg(Ĥ) 格 阻抗 Vₕ = Iₙ(Ĥ) ·Zg(Ĥ) · Zₙ(Ĥ) / ( Zₙ(Ĥ) + Zg(Ĥ) ) 当 Zₙ >> Zg 时简化 : Vₕ ≈ Iₙ(Ĥ) ·Zg(Ĥ)

图 4: 谐波阻抗轨迹

R-X 平面上绘制的阻抗轨迹, 显示阻抗如何随频率变化 [引文:4].

最后一步是将结果编译成正式报告以供公用事业公司使用.

4. 合规性验证和报告

4.1 与极限比较

创建一个汇总表，将计算值与标准限值进行比较. 对于 IEEE 519, 这涉及到检查:

  • IEEE 519 表 1: PCC 处的电压失真限制.
  • IEEE 519 表 2: 基于 I_ 的电流失真限制{资深大律师}/I_L比 (短路电流 vs. 负载电流) .

4.2 缓解策略

如果超出限制, 研究必须提出解决方案:

  • 无源滤波器: 调谐以分流特定谐波频率.
  • 有源谐波滤波器: 注入反向电流以消除谐波.
  • 阻抗修改: 改变变压器连接或添加电抗器以使系统失谐 .

4.3 三步验证指南

正如最近的 IEEE 指南所述, 合规性可以概括为三个步骤 :

1. 在互连点测量数据 (然后).
2. 对数据进行统计评估.
3. 将结果与正确的 IEEE 限制进行比较.

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