2～150kHz超級(jí)諧波的研究是一個(gè)快速發(fā)展的新領(lǐng)域，特別是用于可再生能源的電網(wǎng)逆變器和開關(guān)電源的影響。這類諧波大量引入現(xiàn)代低壓電網(wǎng)，引發(fā)了不少電能質(zhì)量新問(wèn)題。目前國(guó)際上已有多個(gè)工作組在從事這方面研究。文章主要根據(jù)近期國(guó)外文獻(xiàn)資料，扼要介紹超級(jí)諧波的產(chǎn)生、影響、主要特點(diǎn)以及目前研究動(dòng)態(tài)。

　　引言

　　關(guān)于較高頻率(指工頻40次或50次以上)諧波問(wèn)題，早見于文獻(xiàn)[1-2]，于2002年列為這兩個(gè)IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的資料性附錄。文獻(xiàn)[1]將50次以上的諧波電壓和間諧波電壓一并納入“無(wú)用電壓”(unwanted voltage)范疇。文獻(xiàn)[2]則專門談了50次至9kHz諧波頻率的測(cè)量問(wèn)題。應(yīng)注意，IEC將低頻和高頻的分界點(diǎn)定為9kHz，因此所謂“較高頻率諧波”指的是約2kHz(對(duì)應(yīng)歐洲通用的40次諧波)至9kHz的諧波，仍屬低頻傳導(dǎo)干擾范圍。由于在電網(wǎng)中紋波控制接收機(jī)響應(yīng)水平低至0.3%標(biāo)稱電壓，為了避免被干擾，文獻(xiàn)[1]的附錄B中建議50次以上，9kHz以下單次諧波限值為=0.2%;對(duì)于這個(gè)范圍內(nèi)任何200Hz帶寬的諧波，設(shè)其中心頻率為，則建議限值為：

　　式中：U 1為基波電壓有效值;U f為頻率為f 的電壓分量有效值;F 為頻帶的中心頻率(高于50次諧波的頻帶)。

　　文獻(xiàn)[1]附錄B中指出，已有超過(guò)上述水平引起干擾的一些實(shí)例，但目前對(duì)這些頻率成分在電網(wǎng)中的影響，知之甚少，還不足以確定公認(rèn)的兼容水平。

　　從2000年以來(lái)，對(duì)于“較高頻率”諧波，在國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)、歐洲電工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CENELEC)、國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)、國(guó)際供電會(huì)議(CIRED)以及IEEE等國(guó)際組織中均開展研究，并根據(jù)干擾源(例如換流器、開關(guān)電源)和敏感設(shè)備(例如電力線載波通信)的頻譜覆蓋范圍，將頻率拓展為2kHz～150kHz，并定義為“超級(jí)諧波”(supraharmonics)。

　　對(duì)于超級(jí)諧波，我國(guó)尚未開展相關(guān)的研究，但某些影響已有察覺(jué)。本文主要根據(jù)近期國(guó)外文獻(xiàn)資料，簡(jiǎn)要介紹超級(jí)諧波的產(chǎn)生、影響、主要特點(diǎn)以及目前研究的動(dòng)態(tài)，供相關(guān)人員參考，以期在國(guó)內(nèi)開展這方面的研究。

　　1、超級(jí)諧波的產(chǎn)生

　　當(dāng)今，電力電子技術(shù)仍在快速發(fā)展，其應(yīng)用范圍幾乎滲透到各個(gè)領(lǐng)域。該技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一是晶閘管的開關(guān)速度大幅度提高，例如逆變器(DC/AC變換器)的開關(guān)頻率已從早期的幾十赫茲、幾千赫茲提高到幾十千赫茲甚至幾百千赫茲。隨著可再生能源的大力開發(fā)，特別是大量太陽(yáng)能光伏逆變器(即PV逆變器)的投入，以及各種開關(guān)電源的應(yīng)用，使電網(wǎng)(主要在低壓電網(wǎng))中2kHz～150kHz范圍內(nèi)超級(jí)諧波迅速增加，其有害影響的案例也在不斷上升。

　　另外，公用電網(wǎng)一般還用于信號(hào)傳輸，文獻(xiàn)[3]中考慮了3種類型信號(hào)系統(tǒng)：

　　1)電力公司的脈動(dòng)控制系統(tǒng)，頻率范圍為100Hz～3kHz(一般低于500Hz)，正常情況下在5%N以內(nèi)，有諧振時(shí)可達(dá)9%N。

　　2)電力公司的電力載波，頻率范圍為3kHz～95kHz，允許信號(hào)水平為5%N，這些信號(hào)在電網(wǎng)中傳輸時(shí)會(huì)很快衰減(大于40dB)。

　　3)末端用戶(居民區(qū)或工業(yè)用戶)的信號(hào)系統(tǒng)，如歐洲(ITU區(qū)域1)頻率范圍為95kHz～148.5kHz，允許信號(hào)水平分別為0.6%N或5%N。在某些國(guó)家或地區(qū)，頻率上限到500kHz，允許信號(hào)水平為2mV～0.6mV。這些信號(hào)的頻率相當(dāng)部分在超級(jí)諧波范圍內(nèi)，因此電網(wǎng)中超級(jí)諧波源既有各種電子設(shè)備產(chǎn)生的，也有人為使用的通信設(shè)備產(chǎn)生。

　　2、超級(jí)諧波的特點(diǎn)

　　研究證明，2kHz～150kHz諧波的傳輸擴(kuò)散不同于普通諧波發(fā)射，這是一種新型電能質(zhì)量現(xiàn)象。特點(diǎn)之一是所謂的原生發(fā)射(primary emission)和次生發(fā)射(secondary emission)。原生發(fā)射是指騷擾源(裝置)單獨(dú)引起的發(fā)射;次生發(fā)射是指其他裝置發(fā)射時(shí)對(duì)其影響后騷擾源(裝置)的發(fā)射。這兩者有明顯的不同。影響原生發(fā)射的主要因素有：①裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);②連接點(diǎn)的阻抗;③諧振。在低壓網(wǎng)絡(luò)中，裝置的連接點(diǎn)阻抗由變壓器、電纜(稱之為“網(wǎng)絡(luò)的阻抗”)以及建筑物內(nèi)部線路，連同其他連接裝置阻抗構(gòu)成，后者可以稱為設(shè)施的阻抗，在2kHz～150kHz頻率范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)阻抗以電感為主，較設(shè)施阻抗(往往以所連裝置的電容為主)相對(duì)要高。影響次生發(fā)射的主要因素有：①鄰近裝置的發(fā)射強(qiáng)度;②裝置連接點(diǎn)阻抗和網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)施阻抗的關(guān)系。

　　圖1是一臺(tái)電視機(jī)(TV)對(duì)一個(gè)PV逆變器的原生和次生發(fā)射的實(shí)測(cè)波形[4]。PV逆變器產(chǎn)生的主要諧波頻率16kHz，當(dāng)TV連接時(shí)，PV逆變器的次生發(fā)射在16kHz處頻譜明顯放大;另外出現(xiàn)55kHz譜線，后者在原生發(fā)射中不出現(xiàn)，說(shuō)明是由TV產(chǎn)生的。測(cè)試還發(fā)現(xiàn)，超級(jí)諧波頻率越高，則傳輸距離越近：由PV逆變器產(chǎn)生的16kHz分量水平在試驗(yàn)屋內(nèi)的連接點(diǎn)處保持相當(dāng)穩(wěn)定，在公共連接點(diǎn)(PCC)處略有降低，在PCC處測(cè)不到屋內(nèi)其他裝置產(chǎn)生的55kHz～150kHz電壓或電流成分，這說(shuō)明這些頻率分量只在室內(nèi)電器之間傳遞，并不進(jìn)入電網(wǎng)。這是超級(jí)諧波的另一特點(diǎn)。