电能质量标准的概况及发展

电能质量标准的概况及发展林海雪（中国电力科学研究院北京海淀区100192）摘要：扼要地介绍和分析了目前国际电工技术委员会（IEC）、美国电气电子工程师协会（IEEE）和欧洲电能质量标准概况，论述了电磁兼容性标准和电能质量标准关系，综述我国电能质量标准现状并提出进一步完善的建议。1概述电能质量关系到电力系统及其电气设备的安全和效率，关系到节能降耗，关系到生产和生活以及国民经济的总体效益。实施对电能质量的科学监管是建设节约型社会的重要条件之一。电能质量标准是保障电能质量的基本技术依据。2IEC电磁兼容标准IEC/TC77的工作成果以IEC61000系列电磁兼容（EMC）标准文件出版，EMC的范围既有低频也有高频，既包括传导性也包括空间电磁场干扰。该系列标准，目前包括六大部分，每个部分又可分若干项，以国际标准或技术报告形成出版。技术报告（TR）按其内容有的（注意：并不是所有）标明类型，共分三类，性质上有所不同[2]。2000年以后，IEC61000文件的技术报告又取消了类型划分。EMC水平是为了协调目的而定出的一个参考值，不能把EMC水平完全等同于电能质量的限值，两者既有密切联系，又有所区别。2.1电磁兼容性标准和电能质量标准的关系（1）电磁兼容性标准是针对电气装置、设备或系统（以下简称为“设施”）在电磁环境中“和谐”工作而制定一个参考值。电磁兼容性标准既包括传导性干扰指标，也包括空间干扰（辐射性）的指标。而电能质量标准针对电网中的“电”是一种产品，规定其各种指标限值，作为电网运行和供用电合同中相应条款的依据。电能质量标准只针对电网中特定点上传导性干扰指标（频率除外）。（2）在限值上，电能质量标准受制于电磁兼容性标准，一般不应超过它，因此电能质量指标限值和电磁兼容中的发射总限值（在中、高压系统为规划值）概念等同。（3）为了电气产品的贸易和交流，IEC制定的电磁兼容性标准是国际性的，各国基本上通用。而电能质量标准则不然，并不强求统一。（4）作为电能质量一个基本指标——供电电压偏差，并未包括在电磁兼容性的低频传导骚扰指标范围内。2.2与电能质量有关的IEC标准表1与电能质量有关的IEC61000系列标准及对应的国家标准序号NOIEC标准编号标准名称对应的国家标准1IEC61000-1-1：1992（TR）电磁兼容基本术语和定义的应用与解释GB/T17624.1—19982IEC61000-2-1：1990（TR3）公用供电系统低频传导骚扰及信号传输的电磁环境GB/Z18039.5—20033IEC61000-2-2：2002（国际标准）公用低压供电系统低频传导骚扰及信号传输的兼容水平GB/T18039.3--2003（idt:IEC61000-2-2：1990）4IEC61000-2-4：2002（国际标准）工厂低频传导骚扰的兼容水平GB/T18039.4—2003（idt:IEC61000-2-4:1994）5IEC61000-2-5：1996（TR2）电磁环境的分类GB/Z18039.1—20006IEC61000-2-6：1995（TR3）工业设备电源低频传导骚扰发射水平的评估GB/Z18039.2—2000序号NOIEC标准编号标准名称对应的国家标准7IEC61000-2-8：2002（TR）公用供电系统电压暂降和短时中断的统计测量结果8IEC61000-2-12：2003（国际标准）公用中压供电系统低频传导骚扰及信号传输的兼容水平9IEC61000-3-2：2001（国际标准）谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）GB17625.1—200310IEC61000-3-3：2005（国际标准）对每相额定电流≤16A且无条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制GB17625.2—200711IEC61000-3-4：1998（TR）对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的谐波电流的限制GB/Z17625.6—200312IEC61000-3-5：1994（TR2）对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制GB/Z17625.3—200013IEC61000-3-6：2008（TR）畸变装置连接到中、高压及超高压电力系统发射限值的评估GB/Z17625.4—2000（IEC61000-3-6：1996）14IEC61000-3-7：2008（TR）波动负荷装置连接到中、高压及超高压电力系统中波动负荷发射限值的评估GB/Z17625.5—2000（IEC61000-3-7：1996）15IEC61000-3-8：1997（国际标准）低压电气设施上的信号传输——发射电平、频带和电磁骚扰水平16IEC61000-3-11：2000（国际标准）公用低压供电系统中电压变化、电压波动和闪烁的限值——额定电流75A以上并需有条件连接的设备序号NOIEC标准编号标准名称对应的国家标准17IEC61000-4-7：2002（国际标准）供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则GB/T17626.7—200818IEC61000-4-15：2003（国际标准）闪变仪——功能和设计规范GB/T17626.15—200919IEC61000-4-30：2008（国际标准）电能质量测量方法GB/T17626.X—2009（IEC61000-4-30：2003）20IEC61000-5-1：1996（TR3）安装和缓减导则——第1节：一般考虑21IEC61000-5-2：1997（TR3）安装和缓减导则——第2节：接地和电缆敷设22IEC61000-6-1住宅、商业和轻工业的环境干扰性23IEC61000-6-2适用于工业环境的干扰性24IEC61000-6-3住宅、商业和轻工业环境用发射标准序号NOIEC标准编号标准名称对应的国家标准25IEC61000-6-4工业环境的发射标准26IEC61400-21-2001（国际标准）风力发电机组电能质量测量和评估方法GB/T20320-200627IEC/TR62510：2008电特性的标准化GB/Z26854-201128IEC60038：2002IEC标准电压GB/T156-200729IEC/PAS62559：2008能源系统开发用户需求的智能电网系统工程方法待批（GB/Z类）30IEC61850变电站通信网络与系统系列标准，目前分10部分，共14个标准3IEC关于低频传导方面的兼容水平规定（见表2）标准版本号IEC61000-2-2：2002，IEC61000-2-12：2003名称（英文）Compatibilitylevelsforlow-frequencyconducteddisturbancesandsignallinginpubliclow（mid）-voltagepowersupplysystems适用范围规定了公用低压（中压）供电系统（标称频率为50Hz或60Hz）中频率范围为0～9kHz（电源信号系统频率特别规定为148.5kHz及以下）传导性骚扰电磁兼容水平，标准中的兼容水平适用公共连接点骚扰现象低压系统（≤1kV），中压系统（1kV，≤35kV）——电压波动和闪变正常情况下电压波动不大于标称供电电压的3%；短期闪变（10min）Pst=1，长期闪变（2h）Plt=0.8——电压谐波3次谐波5%；5次谐波6%；7次谐波5%；11次谐波3.5%；13次谐波3%；总谐波畸变8%。对于很短效应（3s以内），将上列值乘k作为兼容水平，0.71.3(5)45kh，总谐波畸变THD=11%。以上仅摘录了若干奇次谐波兼容值，详细规定见标准文本。标准版本号IEC61000-2-2：2002，IEC61000-2-12——电压间谐波涉及间谐波电压的电磁骚扰问题仍在研究中。本标准中给出的兼容水平仅对于工频（50Hz或60Hz）附近使供电电压幅值调制，导致闪变的现象而言，对于Pst=1，图示了间谐波电压幅值和拍频关系。——电压暂降和短时中断此是随机事件，电压暂降的影响随着暂降深度和持续时间而增加，故为二维骚扰现象。大多数电压暂降持续时间为0.5周至1s；由架空线馈电的农村地区每年暂降次数可达几百次，而由电缆网供电约为10～100次。短时中断往往先由电压暂降发生而致。目前尚无足够资料确定兼容水平，详见IEC61000-2-8。——电压不平衡负序分量为正序分量的2%；在某些地方，特别是有大的单相负荷连接处，可达到3%。——瞬态过电压就幅值和能量含有而论，考虑到瞬态过电压不同的来源（主要是雷电和操作冲击波），未规定兼容水平。关于绝缘配合见IEC60664-1（IEC60071）——短时工频变化短时频率变化为±1Hz；稳态的频率偏差要小得多（注：某些设备对频率变化率很敏感）标准版本号IEC61000-2-2：2002，IEC61000-2-12——直流（DC）分量公用供电系统的电压一般直流分量很小，但当连接某些不对称控制的负荷，以及诸如地磁暴这类不可控事件发生时，DC分量会明显增大。DC电压取决于DC电流及网络阻抗。尚未规定DC电压的兼容水平。——电网的信号传输IEC61000-2-2和IEC61000-2-12中所述的四种电网信号传输系统兼容水平如下：（1）纹波控制系统（110Hz～3000Hz）注入的正弦波信号值为标称电压的2%～5%；有的国家用Meister曲线（见图1）作为限值；否则不应超过谐波（奇次、非3倍数次）的兼容水平；（2）中频电力线载波（3kHz～20kHz）兼容水平在考虑中；（3）无线电频率电力线载波系统（20kHz～148.5Hz）兼容水平在考虑中；（4）电网标志系统因为各个系统特性不同，不能给出普遍性的指导，但制造商必须保证这些系统和供电网的兼容性。图1公用电网中纹波控制系统的Meister曲线目前许多国家的电能质量标准中有的指标直接采用了IEC的兼容水平，例如低压电压谐波的规定就是如此。这意味着设备对谐波的耐受裕度（即抗扰度）应由产品制造考虑，而不在谐波的电能质量标准中预留。4美国电磁兼容和电能质量标准表3美国IEEE电能质量标准（1990年以后）序号NOIEEE标准编号标准名称说明1IEEEStd399—1990工业和商用电力系统分析推荐导则2IEEEStdC62.41—1991低压交流电力回路中浪涌电压推荐导则3IEEEStd519—2005电力系统中谐波控制推荐规程和要求是1992年标准的修订版4IEEEStd1100—1992对于电力和接地敏感的电子设备推荐规程5IEEEStd1303—1994静止无功补偿器现场试验导则GB/T20297-2006的主要参考标准6IEEEStd446—1995对于工业和商用紧急和备用电源系统的推荐规程序号NOIEEE标准编号标准名称说明7IEEEStd1159—2009电能质量监测推荐规程是1995年标准的修订8IEEEStd1250—2002对电压瞬时扰动敏感设备的服务导则是1995年标准的修订版9P519A/D5，1996电力系统中应用谐波限值的导则NO3标准的补充细则10IEEEStd1346—1998电力系统与电子加工设备兼容性评估的推荐规程11IEEEStdC57.110—1998供非线性负荷电流时，确定变压器容量的推荐规程12IEEEStd1031—2000输电用静止无功补偿器的功能规范GB/T20298—2006的主要参考标准13IEEEStd1459—2000在正弦、非正弦，平衡或不平衡条件下电能质量测量的定义（试用标准）14P519.1/D8b，2003电力系统中应用谐波限值的导则（草案）NO.9标准的修改版15IEEEStd1159.3—2003电能质量数据交换格式推荐导则序号NOIEEE标准编号标准名称说明16P1159.1交流供电系统中电能质量测量的推荐规程未见正式文本17P1409应用电力电子技术改善1kV～38kV配电系统电能质量导则未见正式文本18P1453交流电力系统中电压闪变测量和限值的推荐规程未见正式文本19P15