高频开关电源谐波测试数据及计算方法--浙江大学报告

浙江大学电气工程学院

谐波测试报告浙江华友电子有限公司

2010-08-30

1监测背景

浙江华友电子有限公司地处浙、皖、赣三省七县交界处的开化县，成立于2004年11月，主要生产Ф63.5—200mmCZ单晶硅和Ф63.5—200mm单晶硅片等；公司原有的单晶炉电源由苏州盈科公司生产，安装有滤波设备。近期又新引进北京动力源科技有限公司制造的新型单晶炉电源。华友公司的测量数据初步结果显示，动力源生产的单晶炉电源和传统的单晶炉电源相比更加节能，但存在谐波不符合国家标准的可能性。

图 1.1华友电子有限公司测量时用电简图

测量时的用电简图如图 1.1所示。测量点所在的华友专变由两台1250KV A的变压器并联，共有24台单晶炉。其中22台单晶炉的电源由盈科公司制造，无源滤波器自动运行。两

台单晶炉电源由动力源生产，无滤波装置。

为了考查动力源公司生产的单晶炉电源工作时产生的谐波对电网的影响，故监测点选择在其中一台正在工作中的单晶炉电源计量柜，单晶炉采用三相四线制供电，监测A、B、C 三相的相电压和相电流。监测过程中，单晶炉经过了引晶、放肩、等径、高温回炉、收尾等工作状态。

2 监测仪器及监测设置

2.1 监测仪器

监测仪器采用日本富士电机公司开发的新型电能计测终端PowerSATELITE Ⅱ进行测量记录采样数据，可以对三相电压/电流进行监测，利用相关对监测数据进行综合分析。该设备带有LAN ，所以可以和各种带有网络的设备相连，实现远距离操作、监视和数据采集。

图 2.1 PSⅡ的外观

功能介绍：

采用32位浮点处理器和16A/D 转换器，可以进行交流电量的测量，按最大采样频率4860Hz 进行交流数据的采样，能够计算、记录有效值等各种信息。可以同时测量能量和记录波形。

具有GPS 电波的时间同步功能，在不同地点安装的终端也能记录同一时刻的信息，避免故障信号在网络传播中的时延。

除了传统的RS-485接口和RS-232接口，该装置提供了10BASE-T 接口，可以利用以太网组成测量网络。通过终端间的网络连接，可实现测量状态监视、各种设定值变更、波形记录的触发同步等功能。

提供CF 卡插槽，使得数据存储量大大增加（可达2GByte ）。

提供工作站的数据收集管理软件，及数据分析软件。

典型接线如图 2.2所示。

侧面

正面

图 2.2 PSⅡ的典型接线

2.2 监测设置

为了评估该厂的谐波情况以及新设备的谐波情况，采集了一定时间的电压和电流数据(监测点见图 1.1)，采样频率为4800Hz，每隔10min记录一次，每次记录时长为0.25s，分析结果取数据的算术平均值。

监测点的接线方式为A、B、C三相相电压输入，三相电流通过500A/5A和5A/7mA两个电流互感器将测量仪表的二次电流引入PSⅡ中。在PSⅡ中通过设置二次的电压互感器和电流互感器变比可以得到实际的线电压和相电流。数据将以csv格式储存在CF卡中。

测量时间为8月8日21:40到8月9日21:50，共得到146个有效记录文件。

3国家标准的规定

3.1 国家标准简介

本次测量主要依据国家标准 GB/T 14549-1993《电能质量-公用电网谐波》。

公用电网谐波电压限值见表 3.1。公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表 3.2规定的允许值。当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，表 3.2的谐波电流值的换算应按照公式3-1和公式3-2。

表 3.1公用电网谐波电压(相电压)限值 各次谐波电压含有率，%

电网标称电压 kV 电压总谐波畸变率 % 奇 次 偶 次

0.38 5.0 4.0 2.0

6、10 4 3.2 1.6

表 3.2公用电网谐波电流限值 谐波次数及谐波电流允许值（A ）

标准电压 (kV) 基准短路容量 (MV A) 2 3 4 5 6 7891011121314151617181920 21 22 23 24 250.38 10 7862 39 62 26 4419211628132411129.7188.6167.8 8.9 7.1 14 6.5 12

2

1

*k k hp h S S I I = ………………. (3-1)

式中：S k1——公共连接点的最小短路容量，MV A ；

S k2——基准短路容量，MV A ；

I hp ——表3.2中的第h 次谐波电流允许值，A ；

I h —— 短路容量为S k1时的第h 次谐波电流允许值。

在公共连接点处第i 个用户的第h 次谐波电流允许值（I hi ）按公式3-2计算：

α

1

*⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝⎛=t i h hi S S I I ………………… (3-2)

式中：I h ——按公式3-1换算的第h 次谐波电流允许值，A ；

S i ——第i 个用户的用电协议容量，MV A ；

S t ——公共连接点的供电设备容量，MV A ；

α——相位叠加系数，按国标表 3.3取值。

表 3.3相位叠加系数

h 3 5 7 11 13 9|>13|偶次

α 1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

3.2 电流谐波参考标准

为了判断测量点谐波电流是否符合国标要求，需要依据3.1中介绍的公式计算测量点的谐波电流标准，以下简称换算国标。由图 1.1可知，对测量点而言，公共连接点为华友

专变。根据开化局提供的数据，华友公司低压侧三相短路情况如下：

短路电流A I 4242=，

电压等级KV U 4.0=， 短路容量MVA UI S k 2.938931==，

基准短路容量MVA S k 101=。

公式3-2中，由于测量点为24台并联单晶炉之一，取241

=t

i S S 。由公式3-1和公式3-2

换算国标如下表所示。

表 3.4换算国标与国标 谐波次数 2 3 4 56 7 8 9 1011121314151617181920 21 22 23 24 25换算国标 4.68 1.01 2.34 1.29 1.56 1.34 1.14 1.260.96 1.410.78 1.320.660.720.58 1.080.520.90

0.47 0.53 0.43 0.84 0.39 0.72国标-10 78 62 39 6226 44 19 211628132411129.7188.6167.8 8.9 7.1 14 6.5 124 监测结果及分析

4.1 监测所得波形

监测点采样的数据很多，如图 4.1和图 4.2所示为监测点的电压电流典型波形。 -30-20-10102030时间/s 电流

/A

图 4.1监测点电流波形