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。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)專業(yè)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)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。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)。

　　圖1 一臺(tái)TV對(duì)一個(gè)PV逆變器原生和次生發(fā)射的影響

　　因此，確切了解在設(shè)施（例如一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)家庭）中運(yùn)行的電子裝置（例如PV逆變器、TV、LED燈、便攜式電腦等等）端子上電流，必須區(qū)分原生和次生發(fā)射。一臺(tái)裝置的次生發(fā)射受鄰近設(shè)備的容量和性能影響極大，這在考慮電子裝置的電磁兼容水平時(shí)是需要詳細(xì)研究的。將一個(gè)設(shè)施作為整體，其測(cè)量結(jié)果，不能給出設(shè)施內(nèi)部發(fā)射水平的正確表示;反之，各裝置端子上發(fā)射測(cè)量不能代表整體設(shè)施對(duì)電網(wǎng)的發(fā)射。實(shí)驗(yàn)室中發(fā)射結(jié)果也不能很好反映實(shí)際使用情況，這給超級(jí)諧波影響研究和標(biāo)準(zhǔn)的制定帶來很大的復(fù)雜性。

　　3、超級(jí)諧波的影響

　　文獻(xiàn)指出：電網(wǎng)中2kHz～150kHz頻率范圍的發(fā)射水平持續(xù)上升，由此引發(fā)的干擾事件也不斷增加，例如設(shè)備誤動(dòng)，表計(jì)指示失真，電子鎮(zhèn)流器的噪聲加大等。研究指出，高頻（HF）電壓成分在電網(wǎng)中一般傳輸不很遠(yuǎn)，原因是安裝在HF發(fā)射源附近的其他電子設(shè)備常提供比網(wǎng)絡(luò)本身阻抗低得多的通路，這種低阻抗通路主要是由并聯(lián)電容器（它可能是EMC濾波器組成部分）或整流器的直流聯(lián)絡(luò)環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵是電介質(zhì)電容器，這種電容器通過HF電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加發(fā)熱，減少壽命，從而造成電子設(shè)備故障。

　　文獻(xiàn)對(duì)窄帶電力線通信和末端用戶設(shè)備之間在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)做了5種不同類型的相互作用測(cè)試，認(rèn)為末端用戶設(shè)備造成低阻抗通路是發(fā)生通信故障的最普通的原因;由于末端用戶設(shè)備的并聯(lián)電容，也有可能使載波通信損壞接入電網(wǎng)的設(shè)備。

　　4、仿真模型

　　為了研究超級(jí)諧波在低壓配電網(wǎng)中的干擾影響，文獻(xiàn)基于Matlab/Simulink軟件及其SimPowerSystems程序庫(kù)建立一個(gè)仿真模型，扼要介紹如下：

　　1）逆變器模型。見圖2，用最通用的PWM控制開關(guān)，用此方法使低頻諧波較少，但高頻諧波較大。在直流側(cè)只用一個(gè)直流（DC）電壓源（=360V），因?yàn)樵摶芈穼?duì)交流側(cè)HF干擾的影響不大;f濾波器已選定（f=12.8mH），主要使低于2kHz的諧波滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并可減少2kHz～150kHz諧波 （尚無標(biāo)準(zhǔn)）。

　　圖2 逆變器模型

　　2）LV配電網(wǎng)模型。該模型分為兩個(gè)部分，首先是LV饋線，為了簡(jiǎn)化，采用三相分段π線路模型，見圖3。和低頻（LF）模型相比主要有兩點(diǎn)不同：首先在高頻（HF）情況下電容不能忽略，這使分析計(jì)算復(fù)雜化;另外在HF下電阻因集膚效應(yīng)變大，而且不同頻率應(yīng)取不同電阻值，不過在綜合元件模型中（例如用 SimPowerSystem程序庫(kù)中的模型）電阻值必須固定，本模型參數(shù)是從表1的正序和負(fù)序參數(shù)中推出的。除了LV饋線，MV/LV變壓器是網(wǎng)絡(luò)中主設(shè)備，變壓器的參數(shù)是由特別測(cè)試得到的，預(yù)先包含在中壓（MV）網(wǎng)的戴維寧（Thevenin）等值模型中，上述的MV電源用 SimPowerSystem程序庫(kù)的三相電壓表示，其短路功率150MVA，/為4/7，這些均是典型值。

　　圖3 三相分段π線路

　　圖4 研究一臺(tái)逆變器和一個(gè)整流型負(fù)載相互影響的仿真線路圖

　　在上述模型基礎(chǔ)上，搭建各種仿真線路圖，例如圖4為研究一臺(tái)逆變器和一個(gè)整流型負(fù)載相互影響的仿真框圖。

　　5、研究動(dòng)態(tài)

　　由于電力電子技術(shù)的發(fā)展和迅速普及，近10年來，電網(wǎng)中 “超級(jí)諧波”水平日益增加，相關(guān)的異常和事故不斷出現(xiàn)，迫切需要對(duì)其作深入研究，使其標(biāo)準(zhǔn)化。目前已有多個(gè)工種組開展了這個(gè)課題的工作。 CIGRE/CIRED聯(lián)合工作組C4.24：“與未來電氣網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的電能質(zhì)量和EMC問題”對(duì)頻帶為2kHz～150kHz超級(jí)諧波的研究是現(xiàn)行活動(dòng)的重要部分;超級(jí)諧波也是CIGREC4/C6.29工作組：“太陽(yáng)電力電能質(zhì)量方面”研討的主題之一;CIGRE C4.31關(guān)于電力線通信9kHz～150kHz頻帶，作為潛在干擾問題在討論。在IEEE內(nèi)部，IEEE P1250（電力和能源學(xué)會(huì)）已研討了超級(jí)諧波，并作為IEEE EMC學(xué)會(huì)TC7的重要領(lǐng)域。IEC TC 77A內(nèi)部幾個(gè)課題組和工作組均涉及這個(gè)頻率范圍。雖然TC 77A（低頻現(xiàn)象）和TC 77B（高頻現(xiàn)象）之間分界定在9kHz，這個(gè)界限現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)被視為歷史了。

　　在歐洲，標(biāo)準(zhǔn)化組織CENELEC中，尤其是負(fù)責(zé)歐洲電壓特性標(biāo)準(zhǔn)EN 50160的工作組，對(duì)于2～150kHz頻帶超級(jí)諧波標(biāo)準(zhǔn)化的需求，也在應(yīng)用導(dǎo)則中提及，超級(jí)諧波問題也包含在新近制定的IEC TS 62749中。由超級(jí)諧波的發(fā)射觀察到的干擾信息由CENELEC TC 210匯總，其中與電力線通信的潛在干擾成為主要因素。該頻率范圍發(fā)射的定量是最新起草的IEC 61000-4-30（即電能質(zhì)量測(cè)量方法）標(biāo)準(zhǔn)中的一部分。關(guān)于電力線通信的歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN 50065）和其對(duì)應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)（IEC61000-3-8）中明確頻率范圍為9～148.5kHz。

　　6、結(jié)語(yǔ)

　　2～150kHz的超級(jí)諧波的研究是一個(gè)快速發(fā)展的領(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)量新問題，迫切需要深入探討。目前國(guó)際上已有多個(gè)工作組在從事這方面研究，國(guó)內(nèi)也應(yīng)積極開展此項(xiàng)研究工作。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)以及目前研究的概況，供相關(guān)專業(yè)人員參考。