IEEE Std 519—2014谐波标准简介

吴命利

（北京交通大学电气工程学院,北京 100044）

IEEE Std 519—2014谐波标准简介

吴命利

（北京交通大学电气工程学院,北京 100044）

介绍了美国电气电子工程师协会2014年修订的谐波标准“IEEE Std 519—2014电力系统谐波控制的建议做法和要求”，与1992年版本相比，新标准可操作性和实用性更强，值得我国修订谐波国标时参考和借鉴。

谐波标准；谐波测量；电压畸变

0 引言

2IEEE Std 519—2014（电力系统谐波控制的建议做法和要求） 谐波标准在1992年版本基础上，采纳了IEC电磁兼容相关标准的谐波测量方法。引入了非常短时谐波和短时谐波测量值概念，考虑了谐波的概率分布特性，用一天或一周谐波电压、电流的测量值得第99和第95百分位数与限值比较，对谐波限值整体上实际上有所放宽，其中低压系统放宽幅度最大。总体上看，新版本的可操作性和实用性更强。IEEE对519谐波标准的修订思路值得我国借鉴和参考。

1 范围与目的

标准的“范围”部分与旧版没有变化，依旧说明了本建议做法建立了设计即包含线性负荷又包含非线性负荷电气系统时的电压、电流波形畸变控制目标，指出电源和负荷之间的分界面是公共连接点，遵守设计目标将使电气设备之间的干扰最小化。文档强调只解决稳态谐波限值，不含暂态；也不含无线电频率的干扰影响。

在“目的”部分，明确指出文档所给出的限值为推荐值，由于一些考虑比较保守，不应认为这些限值在所有情况下都具有约束力。

在确定限值时，认为系统的所有者或运行者（system owners or operators） 与用户（users） 对控制谐波都有责任。用户产生的谐波电流流入系统将引起谐波电压，从而会供给其他用户。供给用户的谐波电压畸变严重程度是所有用户谐波电流累加效应以及供电系统阻抗特性的函数。制定谐波电压畸变限值是为了减少谐波对用户和系统设备的潜在负面效应。为了保持谐波电压在这些水平之下，就需要做到两点。

a）所有用户限制各自发出的谐波电流到合理值，这个合理值根据每个用户占供电系统的份额来平等确定。

b）系统的所有者或运行者在必要时采取措施通过改变供电系统阻抗特性来降低电压畸变水平。并且，用户不应该增加影响阻抗特性从而造成电压畸变放大的无源设备。

2 术语定义

在术语定义部分，同1992年版本相比，删减了滤波器、功率因数、变流器等定义，并对一些术语进行了微调。这里需要重点指出以下3个术语。

a）最大需量负荷电流（maximum demand load current）：在公共连接点处，用户前12个月最大需量电流的平均值。

b） 短路比（short-circuit ratio)：特定地点最大短路电流与负荷电流的比值。

c） 总需量畸变 （Total Demand Distortion, TDD）：谐波成分方均根值与最大需量电流比值的百分数，考虑至50次谐波，但不含间谐波。如有必要也可包含高于50次的谐波。

在确定用户谐波电流限值时，以用户最大需量电流为基准，这就避免了谐波电流指标在用户间的分配问题。

3 谐波测量

在规范性引用部分，列出了3个IEC电磁兼容测量标准，即IEC 61000—4—7，IEC 61000—4—30，IEC 61000—4—15。这说明IEEE全面采纳了IEC推荐的测量方法。

对50 Hz电力系统，进行离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT） 的测量数据窗宽为10个周波（200 ms），频率分辨率为5 Hz，1个谐波分量由中心频率分量及其两侧5 Hz分量合成得到。比如，要得到3次谐波分量，需要将10周波采样数据的DFT结果中的150、145、155 Hz 这3个分量值合成为1个有效值作为结果。

对于一个电气量的谐波测量结果，用非常短时谐波和短时谐波来记录。非常短时谐波以3 s为记录间隔，采用连续15个10周波谐波结果的平均有效值。

短时谐波以10 min为记录间隔，采用连续200个非常短时谐波结果的平均有效值。

考虑到谐波的概率分布特性，测量结果与限值比较时要进行统计分析。对于非常短时谐波，取第99百分位数（1%测量时间的测量结果超过此值），一般用于1天24 h测量结果的评估。对于短时谐波，取第95和第99百分位数，一般用于1 周7 d测量结果的评估。

这里有必要指出的是，IEEE 519处理谐波测量结果时，使用了“百分位数” （percentile value） 这个概念，即，第95和第99百分位数（the 95th and 99th percentile value），而没有使用概率大值这个概念。本人认为这个表达更为准确。因为，测量的谐波量所服从的真正概率分布，只能通过大量实测数据去逼近，从一段有限时间内的测试结果，并不能准确统计出某一分布特性下的概率值。正如我国谐波国标中尽管使用了95%概率值，但专门增加了一个说明：为了实用方便，实测值的95%概率值可按下述方法近似选取：将实测值按由大到小次序排列，舍弃前面5%的大值，取剩余实测值中的最大值。注意这里面说的“近似”二字是不能省略的，因为一次有限时间段的样本值，不能得出严格的概率值。

4 谐波电压和电流限值

4.1 电压限值

在公共连接点（Point of Common Coupling，PCC）处，系统拥有者或运行者应限制相电压的谐波到如下水平。

a）每天非常短时（3 s） 测量值的第99百分位数应小于表1数值的1.5倍。

b） 每周的短时（10 min） 测量值的第95百分位数应小于表1数值。

所有值均为PCC处额定电力频率电压的百分数。表1只考虑供电频率的整倍数频率的谐波。

表1 电压畸变限值

4.2 电流限值

根据电网标称电压范围，在PCC处，分别按表

2、3、4给出用户谐波电流限值，要求以下几点。

a）每天非常短时（3 s） 谐波电流的99百分位值应小于表2给出值的2倍。

b） 每周短时（10 min） 谐波电流的99百分位值应小于表2给出值的1.5倍。

c）每周短时（10 min）谐波电流的95百分位值应小于表2给出值。

表2中所有值均为最大需量电流IL的百分数，并且只考虑供电频率的整倍数频率的谐波。其中ISC/IL为短路比，ISC为PCC处的最大短路电流。这3个表中有3个共同的标注。

表2 标称电压120 V〈U≤69 kV系统的电流畸变限值

如果用户采取措施降低了低次谐波，则可适当增大表2、3、4中的高次谐波电流限值。表5给出了增大系数，如果第1列中谐波次数限制到表2、3、4中给出值的25%，则谐波电流限值可按第2列给出的系数增大。这里的系数实际上是按3相整流电路相数增加时，特征谐波次数（np± 1，p为相数） 增高而低次谐波含量变小考虑的，近似为SQRT（P/6)。

表3 标称电压69 kV〈U≤161 kV系统的电流畸变限值

5 关于限值的讨论

不难发现，同1992年版本相比，2014版本谐波电压、电流限值有几个明显变化。

表4 标称电压U〉161 kV系统的电流畸变限值

表5 增大谐波电流限值的建议系数

a） 对于1 kV（含） 以下的低压系统，电压畸变限值放宽，由总谐波畸变率由5%放宽到8%，单次谐波由3%放宽到5%。

b）对谐波电压限值，明确了1天非常短时谐波电压测量值的第99百分位数限值取表中数值的1.5倍，1周短时谐波电压测量值的第95百分位数限值取表中数值。

c） 对于大于161 kV的系统，给出电流限值时，把短路比小于50的情况又细分为小于25和处于25和50之间两种情况，即对弱电源系统，进一步严格控制用户谐波电流。

d）对谐波电流限值，明确了每天非常短时谐波电流的第99百分位数应小于表中给出值的2倍；每周短时谐波电流的第99百分位数应小于表中给出值的1.5倍；每周短时谐波电流的第95百分位数应小于表中给出值。

e）当用户低次谐波控制较好时，可以适当放大高次谐波含量，给出了相关放大系数。

无疑，这几处修改，使得IEEE 519谐波标准更加好操作，实用性也更强。同时，也在一定程度上考虑了电网现状，谐波限值整体上有所放宽，其中低压放宽最多。

An Introduction to the IEEE Std 519—2014 Harmonic Standard

WU Mingli

（School of Electrical Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

The new versions of IEEE harmonic standard,IEEE Std 519—2014 IEEERecommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems,are introduced briefly.Compared with the versions of1992,the new documents aremore operationaland practical.Itisworthy of reference for the revision of thenationalharmonic standard ofour country.

harmonic standard;harmonicmeasurement;voltage distortion

TM71

A

1671-0320（2016）05-0070-03

2016-07-08，

2016-08-17

吴命利（1971），男，河北藁城人，2006毕业于北京交通大学电力系统及其自动化专业，工学博士，教授，研究方向为电气化铁道和城市轨道交通供电，电能质量测试分析与控制，电力系统数字仿真。