第7讲 公用电网间谐波标准
专家讲座
电能质量国家标准系列讲座
Lectures on National Standard of Power Quality
第7讲
Lecture Seven
公用电网间谐波标准
100192）
林海雪（中国电力科学研究院，北京市
Interharmonic Standard in Public Supply Network
Lin Haixue （China Electric Power Research Institute ，Beijing 100192，China ）
Abstract This paper introduces basic concept and 图上，谱线的间隔为50Hz 。实际上许多负载（无论是线性的或是非线性的）是波动的，例如电弧炉、电焊机、轧机类负载就是快速变化的冲击负载，其电气量（电压或电流，包括幅值和相角）的变化在几ms 或几十ms 内就能观察到。在这种情况下，对于工频，
“周期性”的前提已不存在，用傅立叶理论分析出的“谐波”显然不符合或不完全符合实际。于是就产生“间谐波”的概念。间谐波是指非整数倍基波频率的谐波，这类谐波仍是用傅立叶分析方法求取的，只不过分析的周期采用波动（或调幅波）的周期。例如一个以10个工频周期为波动周期的电气量，可以在200ms 的时间窗口（10×20ms =200ms ）内进行傅立叶分析，得到5Hz 频率分辨率（f =
influence of interharmonic and limit of interharmonic regulated by relevant international standards. It also analyses interharmonic limit regulation ，
interharmonic
measuring and value reading as well as measures for interharmonic restraint stated in GB /T 24337-2009Power Quality —Interharmonic in Public Supply Network in detail.
Key words Public supply network National standard
摘
要
Interharmonic
Limit value Power quality
介绍间谐波的基本概念及其产生的影响
，国际相关标准对间谐波限值的规定，并详细解析
GB /T 24337-2009《电能质量间谐波的措施。
关键词电能质量
公用电网
间谐波
公用电网间谐波》
对间谐波限值的规定，间谐波的测量和取值，及抑制
国家标准
限值
103200
=5Hz ）的频谱成分，也就是可以分析出5Hz 、10Hz 、15Hz ……50Hz 、55Hz ……100Hz ……的成分。可以看出，这里有工频频波成分（50Hz ），也有谐波成分（100Hz 、150Hz ……），还有间谐波成分（5Hz 、
1概述
工程上广泛使用“谐波”的概念。谐波含量（或
10Hz ……）。另外，应注意工程上常把低于工频（50Hz ）的间谐波称为次谐波。
在电网中，间谐波的发生源包括：波动负载、电弧类负载（电弧炉、电弧焊机、具有磁力镇流器放电类型的照明等）、静止变频装置（交—直—交和交—交变频器等）、感应电动机、整周波控制
总畸变率）是波形畸变程度的表征。根据傅立叶分析理论，只有周期性的非正弦量才可以分解为基波（指工频量）和谐波（一般指工频整数倍分量）。在频谱
作者信息
林海雪，男，中国电力科学研究院，教授级高级工程师。
电能质量国家标准系列讲座第7讲公用电网间谐波标准（林海雪）
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ELECTRICITY
的晶闸管装置、电源信号电压以及某些异常工况下的间谐波（例如铁磁谐振、串补系统中的低频振荡）。因此间谐波在电网中广泛存在。随着分布式电源的接入，智能电网的发展，间谐波的含量有增大趋势。
间谐波的影响尚在探讨中，其最主要的影响有：引起电压波动和闪变、无源滤波器的过载（间谐波的谐振放大所致）、干扰电力线上控制、保护和通讯信号，引起机电系统低频振荡、影响以电压过零点为同步信号的控制设备以及某些家用电器正常工作等等。因此电网的间谐波电压必须控制在一定水平以下。国标GB /T 24337-2009《电能质量
公用电网间谐
波》就是在这样背景下产生的。本讲主要介绍该标准的基本内容及制定中的一些问题，供执行标准时参考。
图1
间谐波电压的兼容水平与拍频的关系
Fig. 1Relation between compatibility and beat frequency
of interharmonic voltage
-2003《电磁兼容环境工厂低频传导骚扰的兼容
水平》中将电磁环境分为3类：第1类适用于对电源中骚扰很敏感的设备（例如实验室仪器、某些自动控制和保护设备及计算机等）；第2类一般适用于公用电网和工业环境；第3类仅适用于工业环境中骚扰负载的内部耦合点（IPC ），兼容水平高于第2类。标准指出，目前兼容水平只是对工频（50Hz ）附近导致供电电压幅值调制的间谐波电压给出的，主要考虑拍频效应导致的灯光闪烁，即电压波动引起的闪变，适用于第2类环境。因此对于低次间谐波兼容水平由闪变要求决定。由此得出图1所示的曲线（该标准附录的表C. 1列出了在低压电网中，对于闪变影响的间谐波电压指示值，同国标中表A. 1）。
2标准的结构
本标准是目前世界上把间谐波作为电能质量指标
单独制定的唯一标准，这主要是从标准可操作性考虑的。因此标准内容相对较为完整，除了常规的必须内容（如范围、规范性引用文件、术语和定义、限值等）外，还对用户限值的分配、间谐波的合成、测量条件、评估和测量仪器等做了规定。标准还有两个附录：附录A （规范性附录）害和集合概念介绍。
间谐波电压含有率与拍
间谐波及其危
频关系曲线；附录B （资料性附录）
c. IEC /TR 61000-3-6：2008Electromagnetic
3限值的考虑
间谐波的限值标准主要参考IEC 和IEEE 相关标
compatibility （EMC ）—Part 3-6：Limits —Assessment of emission limits for the connection of distorting installations to MV ，HV and EHV power systems 是2008年版IEC 技术报告（EMC 基础出版物），该报告中考虑了间谐波的以下影响后认为间谐波的规划水平应取0. 2%～0. 5%：①在两倍基波频率（100Hz ）以下，避免白炽灯和荧光灯（细管）的闪烁；②避免对纹波控制接收机的干扰；③避免引起电视机、感应电机和低频继电器的噪声和振动；④避免无线电接收机和其他音频设备引起噪声。
该文件特别指出要严格限制次谐波电流流入汽轮发电机组引起轴的扭矩作用以免造成机械振荡（哪怕是0. 1%的次谐波电流就足以引起这种振荡），为此必须和发电机组制造商协商确定特定频率的间谐波电压限值。
环境
公用低压供电系统低频传
准中的规定：
a. IEC 61000-2-2：1990/GB /T 18039. 3
-2003《电磁兼容
导骚扰及信号传输的兼容水平》中指出，涉及间谐波电压的电磁骚扰问题仍在探讨中，只对基波频率（50Hz 或60Hz ）附近的间谐波电压导致供电电压幅值调制的情况给出标准的兼容水平。由于拍频（beat
frequency ）效应（注：拍频就是两个合成电压频率之差），这些间谐波引起电源幅值的波动将导致照明的闪变。对于单次间谐波电压幅值引起120V 和240V 照明灯短期闪变P st =1（这是闪变限值标准）和拍频的关系，如图1所示。
b.
IEC 61000-2-4：1994/GB /T 18039. 4d. IEEE 间谐波工作组文件中对限值提出一些
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建议，例如：①低于140Hz 的间谐波限值取0. 2%；
——第k 个间谐波源的第ih 次间谐波U i hk —
电压；
——k 个间谐波源共同产生的第ih 次间U i h —
谐波电压。
考虑到电网中大的间谐波源相对较少，设一个节点上有两个间谐波源，则按指标等分原则，每个源只
3
能有U ih /姨=0. 8U ih ，这样就得出一个用户间谐
②140Hz 以上到某一频率（例如800Hz ，待定）间谐波限值取1%；③对于更高频率的间谐波电压分量和总畸变为现有谐波限值的某一百分数（例如20%）。
e. 英国G5/4工程导则《英国谐波电压畸变和
非线性设备接入输电系统和配电网的规划值》中规定的限值如表1所列。
表1
频率/Hz 电压含有率/%
次谐波和间谐波电压限值
800. 2
900. 5
>90且
0. 6
Tab. 1Voltage limits of subharmonic and interharmonic
波电压的限值（见表3）。
单一用户间谐波电压含有率限值（%）
Tab. 3Limits of interharmonic voltage ratio （%）表3
for single user
频率/Hz
电压等级
如上所述，间谐波问题尚在探讨中，国际上标准未统一，参考了相关的规定，国标GB /T 24337
1000V 及以下1000V 以上
0. 160. 13
100～8000. 40. 32
-2009《电能质量公用电网间谐波》中的限值如
表2所列。表中将1kV 以上的标准取的比1kV 及以下小一点，主要考虑高压（1kV 以上）对低压（1kV 及以下）的渗透作用，高压的影响面较大，限值应适当严一点。
表2
间谐波电压含有率限值（%）
频率/Hz
电压等级
利用式（1），也可以评估某个用户（k ）投入后产生的间谐波电压：
U ihk =
姨U ih *3-U ih 03
（2）
Tab. 2Limits of interharmonic voltage ratio （%）
式中：U ih *———该用户投入后测得的间谐波电压；
——该用户投入前测得的间谐波电压。U ih 0—
由U ihk ，对照表3就可以判断用户是否超标。
1000V 及以下1000V 以上
0. 20. 16
100～8000. 50. 4
5间谐波的测量和取值
间谐波的基本分析工具仍是傅立叶变换（F T ）。
注：频率800Hz 以上的间谐波电压限值还处于研究中。
4指标的分配
间谐波有的是由用电设备造成的，要使标准有
在分析周期性波形时，将分析时间与基波波形周期同步没有问题。然而，进行间谐波分析时，由于间谐波分量的频率不是基波频率的整数倍，往往随时间变化，而且含量非常小，还难以预知其傅立叶基波频率，根据IEC 61000-4-7：2002
可操作性，必须适当规定对用户指标的分配。考虑到低于100Hz 的间谐波主要是引起电压波动和闪变，而国标GB /T 12326-2008《电能质量
电压
波动和闪变》中规定多个波动负荷引起闪变的叠加，常用3次方根公式，因此对多个间谐波电压按下式合成：
Electromagnetic Testing and
compatibility （EMC ）—Part 4-7：
measurement techniques —General guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation ，for power supply systems and equipment connected thereto 规定，采用一种基于所谓“集”（grouping ）概念的间谐波测量方法。它的基础是一个等于10个基波频率（50Hz ）周波，即在约200ms 的时间窗口内进行傅立叶分析。通过锁相环采样与电源频率同步，结果是具有5Hz 分辨率的频谱。在此基础上可以求
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U ih =
姨U
3
3
ih 1
+U
3ih 2+……+U ihk
3
（1）
式中：U i h 1———第1个间谐波源的第ih 次间谐波
电压；
——第2个间谐波源的第ih 次间谐波U ih 2—
电压；
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出间谐波集和间谐波子集的方均根值，分别如图2和图3所示。由图2，n 次间谐波集方均根值C i g ，n 由n 次谐波与n +1次谐波之间的间谐波分量依照下式求出：
年版）的仪器暂可以继续使用，但必须标明所采用的标准年号。
6抑制间谐波的措施
大体上可以考虑以下措施：
C ig ，n =
姨
%
i ＝1
∑C k+i2
（3）
a. 限制间谐波源的发射水平。
式中：C k +i ———n 次、n +1次谐波之间第i 个频谱
分量（i =1，2，……，9）方均根值；间谐波集的频率f i g ，n 等于该间谐波集两侧的两个谐波频率的平均值。
前面提到的“电源信号电压”，这是利用现有电力线传递控制、遥测、通讯等信号，但这些信号必须有所限制。在IEC 61000-2-2：2002中规定，频率110～3000Hz 纹波控制系统，注入电网的正弦波形信号为2%～5%U N （U N 为标称电压）；中频电力线载波信号值不超过2%U N ；射频电力线载波信号不应超过0. 3%（考虑中）等等。欧洲标准
BS EN 50160-2007Voltage characteristics of
electricity supplied by public distribution networks 中规定，对于公用中压配电网，一天99%以上时间内3s 平均信号电压应不超过图4规定。
在工业电网中，大量间谐波源用户应采取措施，使其间谐波值符合标准规定。
图2
间谐波集各分量方均根值
Fig. 2Root -mean -square values of all components
of interharmonic set
b. 抑制滤波器对间谐波的放大。
对于敏感设备采用滤波器来解决电源谐波干扰问题是常用方法。
在设计无源滤波器时应该考虑，在滤波器和电网间谐波之间的谐振会被放大，引起显著的电压畸变和波动。滤波器需要设计成具有高阻尼系数。必要时改用有源滤波器（APF ），因为APF 可视为宽频带滤波器，不存在谐振放大问题。
c.
图3
间谐波子集各分量方均根值
消除产生间谐波谐振的异常工况。
铁磁谐振是电网中较为常见的不规则间谐波现
Fig. 3Root -mean -square values of all components
of interharmonic subset
象，为了限制和消除这种谐振过电压，可以采取如下
由图3，间谐波子集的方均根值C i sg ，
求出：
n
由下式
C isg ，n =
姨
%
i ＝2
∑C k+i2
（4）
在IEC 61000-4-7：2002中，对谐波测量改用“集”的概念（即以“集”或“子集”形式输出各次谐波测量结果），这能更好反映信号的能量特点。为使新旧仪器有个交替过程，规定采用原标准（1998
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图4公用中压配电网中信号电压水平
Fig. 4Signal voltage level in medium voltage
public distribution network
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措施：①选用励磁特性较好的电压互感器或改用电容式电压互感器；②在电磁式电压互感器的开口三角绕组中加装适当的阻尼电阻；③在母线上加装对地电容以增加各相对地电容，破坏谐振条件；④采取临时倒闸措施，投入事先规定好的某些线路或设备，来破坏谐振产生的条件等。
在串补系统中也可以采取多种措施防止间（次）谐波谐振危害。如补偿度的适当选择、采用次谐波保护、加装并联阻尼电阻、加装阻塞滤波器、采用SVC 或适当的励磁控制、采用晶闸管控制的串补装置（TCSC ）或次同步谐振阻尼器等。
［3］国家电力公司武汉高压研究所. GB /T 18039. 4
环境
工厂
-2003/IEC 61000-2-4：1994
低频传导骚扰的兼容水平［S ］.
电磁兼容
北京：中国标准出版社，
2003.
［4］
Engineering Recommendation G5/4—Planning
levels for harmonic voltage distortion and the connection of non -linear equipment to transmission systems and distribution networks in the United Kingdom ［S ］．
（CA ），UK ，2001．
［5］
Electricity Association
International Electrotechnical Commission. IEC /TR
2008
Electromagnetic compatibility
61000-3-6：
（EMC ）-Part 3-6：Limits —Assessment of emission limits
d. 提高负载的抗间谐波能力，降低其敏感度。
for the connection of distorting installations to MV ，HV and EHV power systems ［S ］.
［6］起草.
这方面采用适当的隔离措施是最有效的方法，也就是将不同敏感性部分隔离，对受扰动影响的敏感部分（控制）电源进行适当滤波，以保证和供电电源同步，从而提高抗扰度。
［
1
］
西安领步电能质量研究所，深圳市领步科技有限
2008.
电能质量
电压波动和闪变［S ］.
中国电力科学研究院、中机生产力促进中心，等
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北京：中国标准出版社，2009.
［7］
Electrotechnical Commission.
Electromagnetic compatibility （EMC ）—Part 4-7：Testing and measurement techniques —General guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation ，for power supply systems and equipment connected thereto ［S ］. Geneva ，2002.
［8］
公司，中国电力科学研究院，等起草. 电能质量
公用电网间谐波［S ］.
GB /T 24337-2009
北京：中国标准出版社，
2010.
［2］
国家电力公司武汉高压研究所.
GB /T 18039. 3
环境
公用
British Standards Institution. BS EN 50160-2007
-2003/IEC 61000-2-2：1990
北京：中国标准出版社，2003.
电磁兼容
Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks ［S ］. 2007.
2011-07-21来稿
低压供电系统低频传导骚扰及信号传输的兼容水平［S ］.
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文章题名：上海光源工程谐波治理技术研究
概要：针对正在建设中的上海光源工程，在设计之初就考虑谐波影响，对其配电系统中的谐波源进行
机理分析，改进谐波源的内部结构以减小谐波，并通过仿真实验预测系统谐波情况，为上海光源工程配电系统的后期谐波综合治理提供科学依据。
导读：谐波问题是多年来业界的热点，如何有效抑制谐波是电气设计中的难点。分析谐波源的
形成机理，准确分析主要谐波源的特征，对谐波源进行系统仿真建模并验证其正确性，引出数学解析式求解和采用IEC 推荐的谐波叠加估算法，预测谐波源各次特征谐波的含量，提出有针对性的谐波综合治理方案。请看专家解读。
作者信息：陈众励，现代设计集团上海建筑设计研究院，教授级高级工程师，副总工程师。
敬请期待！
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公用电网间谐波标准（林海雪）
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