電磁兼容 綜述 第8部分：公用電網(wǎng)諧波電流發(fā)射與電壓相角 未來預(yù)期 征求意見稿

5GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019電磁兼容綜述第8部分：公用電網(wǎng)諧波電流發(fā)射與電壓間相角未來預(yù)期本文件旨在提供有關(guān)公用供電網(wǎng)絡(luò)上主要針對3次和5次諧波電流的主導(dǎo)相角的當(dāng)前狀況和未來發(fā)展的信息。通過監(jiān)測一些電網(wǎng)、預(yù)測技術(shù)變化的影響來實現(xiàn)這一目標(biāo)。本文件提供信息，以指導(dǎo)對可能采用的減緩技術(shù)的有效性進行討論，以及對所選電流諧波的主導(dǎo)相角位置的影響進行歸納。本文件主要涉及3次和5次諧波電流的相角，但也包含其他諧波的信息。2規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。ISO和IEC在以下網(wǎng)址維護術(shù)語數(shù)據(jù)庫以用于標(biāo)準(zhǔn)化：·IEC電子媒體：/·ISO在線瀏覽平臺：/obp3.1與基波相電壓Up1相關(guān)的5次諧波電流（I5）的相角phaseangleofI5relatedtothefundamentalphase-to-neutralvoltageUp1如圖1所示確定的5次諧波電流相角。[來源：IEC61000-3-12：2011，3.16，有修改——已刪除對圖2的引用。]6GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖15次諧波電流相角的定義（I5超前Up1，α5>0）3.2主導(dǎo)矢量prevailingvectorxpv=xqm.ejxvs_ph（1）公式中：幅值的二次均值為(xi)2為復(fù)數(shù)值x平方的幅值（絕對值），且公式中矢量和的相位為主導(dǎo)矢量的相位：xvs_ph=tan-1（3）3.3同相因子in-phasefactor公式中：矢量和的幅值為且幅值的算術(shù)和為：7GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019xas_mg=（6）3.4離散因子dispersionfactor偏差因子deviationfactor從數(shù)字1中減去同相因子。1-（7）3.5總諧波電流totalharmoniccurrent;THC2～40次的諧波電流分量的總方均根值。THC=（8）3.6總諧波畸變率totalharmonicdistortion;THD所有諧波分量（在此情況下為2～40次諧波電流分量Ih）總方均根值與基波分量有效值之比。4現(xiàn)場測量和數(shù)據(jù)分析總結(jié)4.1現(xiàn)場測量方法及概念本文件所有測量數(shù)據(jù)均源自ForumNetztechnik/Netzbetrieb（FNN，德國電氣工程師協(xié)會電網(wǎng)技術(shù)/電網(wǎng)運營論壇）倡議，并在德累斯頓工業(yè)大學(xué)承擔(dān)的一項由FNN資助的研究任務(wù)范圍內(nèi)。電網(wǎng)公司N-ERGIE（現(xiàn)為MDN）與其他幾個電網(wǎng)公司一起參與了現(xiàn)場測量。數(shù)據(jù)已移交給研究伙伴，但是電網(wǎng)公司也可自行分析。除了合作伙伴的研究任務(wù)外，N-ERGIE還檢查了其他測試點，并繼續(xù)進行數(shù)據(jù)分析，重點是相關(guān)性方面。本文件主要基于N-ERGIE的調(diào)查結(jié)果，與更大范圍的FNN的研究結(jié)果是一致的。FNN的數(shù)據(jù)庫體現(xiàn)了大量隨機測試（在德國）的巨大優(yōu)勢。大量的數(shù)據(jù)必須進行大量壓縮才能得到一個有意義的結(jié)論，盡管這種壓縮會忽略某些細節(jié)。當(dāng)然，也開展了更為詳細的分析，特別是相關(guān)性的分析，并給出了分析過程和結(jié)果。根據(jù)文獻[1]1給出的電網(wǎng)規(guī)模、負荷類型、發(fā)電廠類型等信息選擇測試點。表1列出了這些不同的測試點，代表N-ERGIE電網(wǎng)區(qū)域中的各種拓撲和負荷類型。8GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019分析了8個住宅區(qū)電網(wǎng)（如表1“類別”欄中的“A1”和“A2”，定義見表9）和4個包括商業(yè)辦公樓、商業(yè)體和零售商店的電網(wǎng)。另外，在后四個電網(wǎng)中，有一個針對M9測試點、用諧波電壓相位角代替諧波電流相位角的重復(fù)測量，記為M17。在M1～M8測試點，測量時間從2012年12月中旬至2013年1月中旬，持續(xù)時間35天至40天。2013年5月，對M9～M12測試點進行測量。2013年7月，在相同的測試點重復(fù)這些測試，記為M13～M16，修改M10～M12的測量間隔時間（由1s改為60s），分別為M14～M16。為便于區(qū)分，這些測試點（M9～M12）的新測數(shù)據(jù)被記為M13～M16。在選擇了測量期間時，有意識地考慮了以下因素，一方面在冬季和夏季進行測量，另一方面在不同用戶行為的時間窗口進行測量（大約在年初的工作時間和假期）。背景是識別由用戶行為和負荷結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的電網(wǎng)參數(shù)依賴關(guān)系，特別是諧波的主導(dǎo)相角。表1中的16個測量點代表一個典型良好的公用供電實例，從后續(xù)更詳細的數(shù)據(jù)審查可以看出，包含了統(tǒng)計上有意義的樣本集分析一般可以外推至220/230V50Hz公用電網(wǎng)。盡管尚未嘗試將這些發(fā)現(xiàn)結(jié)果外推至其他電網(wǎng)拓撲，但考慮到120V60Hz電網(wǎng)的負荷結(jié)構(gòu)的相似性，本文件得到的結(jié)果一定程度上也適用于其他電網(wǎng)?，F(xiàn)場測量僅包括位于本地電網(wǎng)變壓器終端的公用低壓電網(wǎng)。電流和電壓的大小和相位分別在三個階段進行測量。測量窗口為200ms，采樣率為100kS/s。除M10～M12間隔1s采集數(shù)據(jù)外，測量重復(fù)率為1min。N-ERGIE使用的測量儀器記錄了最高至50次的諧波和基本電氣參數(shù)，包括電流和電壓的相角信息。諧波電流相角參照IEC61000-3-12[3]規(guī)定的電壓基波過零（正過零）測量。4.2節(jié)給出了測量結(jié)果的簡要總結(jié)，以及技術(shù)和社會發(fā)展對未來的潛在影響。然后對數(shù)據(jù)進行詳細分析，包括對技術(shù)和經(jīng)濟因素進行更詳細的分析，以進一步對結(jié)果進行解釋。9GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019表1測試（測量）點結(jié)構(gòu)測試點負荷發(fā)電類別a天數(shù)M1中型電網(wǎng)獨立住宅，小型住宅區(qū)無可再生能源N2A1SE140M2大型電網(wǎng)獨立住宅，小型住宅區(qū)零星的可再生能源N3A1SE240M3大型電網(wǎng)獨立住宅，中型住宅區(qū)零星的可再生能源N3A1ME243M4大型電網(wǎng)獨立住宅，中型住宅區(qū)少數(shù)可再生能源N3A1ME336M5大型電網(wǎng)獨立住宅，大型住宅區(qū)少數(shù)可再生能源N3A1LE336M6大型電網(wǎng)多戶住宅，中型住宅區(qū)無可再生能源N3A2ME141M7大型電網(wǎng)多戶住宅，大型住宅區(qū)無可再生能源N3A2LE143M8大型電網(wǎng)多戶住宅，大型住宅區(qū)少數(shù)可再生能源N3A2LE341M9中型電網(wǎng)辦公樓無可再生能源N2A4E1M10小型電網(wǎng)商店無可再生能源N1A3E1bM11小型電網(wǎng)商店大量可再生能源N1A3E4bM12中型電網(wǎng)辦公樓大量可再生能源N2A4E4bM13中型電網(wǎng)辦公樓無可再生能源N2A4E127M14小型電網(wǎng)商店無可再生能源N1A3E126M15小型電網(wǎng)商店大量可再生能源N1A3E427M16中型電網(wǎng)辦公樓大量可再生能源N2A4E426M17中型電網(wǎng)辦公樓無可再生能源N2A4E1a“類別”的描述見表8、表9、表10。b這些測量累積時間1s而不是60s。4.2測量結(jié)果總結(jié)、分析和結(jié)論文獻[2]、[3]中的諧波發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)是基于各專家和機構(gòu)之前的分析結(jié)果而制定。通過對電網(wǎng)進行多次測量和長時間監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)低次諧波H3和H5占主導(dǎo)地位，對電壓畸變的影響最大。因此，電網(wǎng)公司和主管部門主要關(guān)注H3和H5的發(fā)射水平，在一定程度上關(guān)注H7的發(fā)射水平。在過去十年中，一些IEC工作組認(rèn)為，也許可以“引導(dǎo)”技術(shù)或電網(wǎng)拓撲和結(jié)構(gòu)的發(fā)展，以實現(xiàn)發(fā)射補償，在某種意義上，一組產(chǎn)品或特定技術(shù)的發(fā)射或可補償電網(wǎng)的主導(dǎo)諧波。因此，如果能夠可靠地確定電網(wǎng)主導(dǎo)相角，并且足夠一致，則有可能設(shè)計出具有功率輸入拓撲的產(chǎn)品或技術(shù)（如有），產(chǎn)生與電網(wǎng)畸變相反的諧波，即補償電網(wǎng)畸變。4.1所述的測量結(jié)果似乎消除了對電網(wǎng)中已有畸變“引導(dǎo)補償”的可能性。圖2、圖3、圖4用16個測量點中的3個，即M1-M7-M16的測量結(jié)果來說明這一初步觀測結(jié)果。在測量之前，假設(shè)諧波發(fā)射為低次諧波（H3、H5）且分布相對集中，如下圖4中測試點M16所示。然而，其他測試點處發(fā)射的相角和幅值卻呈現(xiàn)為廣泛分布。M1測試點觀測到H3呈現(xiàn)高分散和H5呈現(xiàn)中等分散。M7測試點觀測到的5次（和7次）諧波的幅值和相位分布極為廣泛。此外，M1測量點處呈中等分散的H5的主導(dǎo)相角，與M7測量點處呈集中分布的主導(dǎo)相角相反。同樣，M7測量點處呈高度分散的H5的主幅值，與M16測量點處呈集中分布的主幅值相反。在比較M15、M16等其他測量點時，也可以得出類似結(jié)論（參見附錄A）。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖2M1測試點，3次、5次、7次三相諧波電流各相的主導(dǎo)矢量極坐標(biāo)圖圖3M7測試點，3次、5次、7次三相諧波電流各相的主導(dǎo)矢量極坐標(biāo)圖GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖4M16測試點，3次、5次、7次三相諧波電流各相的主導(dǎo)矢量極坐標(biāo)圖鑒于諧波電流相角變化較大，3次、5次、7次諧波電壓相角也隨測量點的不同而變化。圖5～圖9以不同形式對此進行了描述。圖55次諧波電流的計算主導(dǎo)相角注1：同相因子的定義見3.3。本文件未使用術(shù)語主導(dǎo)比。圖65次諧波電流的計算同相因子GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖73次諧波電流的主導(dǎo)矢量（三相，各測試點）圖85次諧波電流的主導(dǎo)矢量（三相，各測試點）圖97次諧波電流的主導(dǎo)矢量（三相，各測試點）從前圖明顯可見，推薦特定技術(shù)或電網(wǎng)拓撲形式進行“引導(dǎo)補償”即便可行，也極為困難。不同測量點的電壓（和電流）畸變差異如此之大，以至于對一個測量點進行“補償”，可能會加劇另一個測量點畸變水平。換言之，以某些產(chǎn)品對其他產(chǎn)品的發(fā)射進行補償，或?qū)﹄娋W(wǎng)的全局性畸變水平進行補償，只在極為局部區(qū)域具有可行性。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019為了量化測量數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行了詳盡分析，并對各種計算參數(shù)進行了評估。分析方法和技術(shù)將在第6章、第7章加以說明。隨后，給出了較為詳細的結(jié)論。在詳細介紹技術(shù)與數(shù)據(jù)分析之前，可評估經(jīng)濟和社會狀況，評估電力需求和/或負荷類型是否會因經(jīng)濟原因而發(fā)生重大變化，比如顛覆性新技術(shù)和/或顯著改變電力需求產(chǎn)品的廣泛采用。5對潛在經(jīng)濟影響的主要評價5.1概述發(fā)達國家的電力消費和需求相對穩(wěn)定。即使固態(tài)照明等新技術(shù)會產(chǎn)生一些影響，但照明只占不到10%的總耗電量，而固態(tài)照明只占其中的一部分。類似的情形也適用于可再生能源及節(jié)能電機驅(qū)動的影響。由于每個類別只占總用電需求的很小一部分，每個類別的變化又只占適用該類別的很小一部分，因此發(fā)達國家的電力消費或發(fā)射模式都不會發(fā)生重大改變。一個特例是電動汽車及相關(guān)電池充電樁的廣泛應(yīng)用，但這種變化至少需要5到10年的時間才能顯現(xiàn)。即使發(fā)展，工業(yè)和家庭用電仍將占主導(dǎo)地位，因此預(yù)計未來諧波電流的發(fā)射模式不會有重大改變。在過去20年左右的時間里，金磚國家的電力消費迅速增長（見圖10），電子產(chǎn)品的用電模式與發(fā)達國家相似，因此，預(yù)計這些國家的諧波發(fā)射不會有差異。經(jīng)濟影響因素將在本文件后面更詳細地討論。5.2與電氣參數(shù)的相關(guān)性到目前為止，還沒有考慮經(jīng)濟因素對諧波電流相角的潛在影響。例如，如果經(jīng)濟因素導(dǎo)致用電發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，這也會影響諧波發(fā)射相角。5.3與非電影響量的相關(guān)性5.3.1概述目前可以斷定，對于選定諧波的補償效果，初始電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與發(fā)電廠結(jié)構(gòu)之間并沒有直接聯(lián)系。到目前為止，電網(wǎng)拓撲和結(jié)構(gòu)主要是保障為用戶提供可靠的供電。大多數(shù)發(fā)達國家都有電能質(zhì)量要求，但“諧波補償”尚未成為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)濟方面，消費行為的變化會對技術(shù)產(chǎn)生反饋影響，從而對各種產(chǎn)品諧波電流矢量疊加的多樣性或多樣性的缺乏產(chǎn)生反饋影響?？紤]這些影響后進行詳細分析，這些影響似乎仍然是有限的。最后，氣候變化也會對技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生影響，進而反饋到電力系統(tǒng)。然而，現(xiàn)狀如5.3.2～5.3.4所述，主要影響是為經(jīng)濟驅(qū)動。5.3.2經(jīng)濟發(fā)展和能源需求1980年全球電力需求達到7328TWh，2008年增加到17455TWh。相當(dāng)于年增長率為3.15%。圖10顯示了世界各區(qū)域2，3的電能需求4分布情況。2金磚國家：巴西、俄羅斯、印度、中國、南非。4數(shù)據(jù)來源：美國能源信息署GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖10能源需求發(fā)展圖11工業(yè)國家各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展幾十年來，工業(yè)國家生產(chǎn)力在產(chǎn)業(yè)間轉(zhuǎn)移。第一產(chǎn)業(yè)（農(nóng)業(yè)）保持穩(wěn)定，份額較小，只占5%。第二產(chǎn)業(yè)（工業(yè)）份額占15%～25%，由于第三產(chǎn)業(yè)（服務(wù)業(yè)）的發(fā)展，第二產(chǎn)業(yè)份額正在縮小，而第三產(chǎn)業(yè)份額增至80%（圖11）。第三產(chǎn)業(yè)的門類分布如下：l衛(wèi)生和教育（20%增長中。l貿(mào)易、酒店業(yè)、餐飲業(yè)、文化娛樂業(yè)（20%～25%）。l企業(yè)相關(guān)服務(wù)、咨詢、會計、設(shè)計、IT、房地產(chǎn)、金融、保險和物流（20%）。l國家管理與安全、一般行政、司法系統(tǒng)、警察和軍隊（10%）。在這些門類，需要越來越多的電氣設(shè)備，特別是不斷引進提高生產(chǎn)力的新技術(shù)，例如：-照明-IT-消費電子產(chǎn)品-電動機-廚具-白色家電（洗衣機、廚房電器）-供暖設(shè)備/空調(diào)-電動車預(yù)期增長率趨勢如何發(fā)展？GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019a)照明：-在行業(yè)競爭驅(qū)動下誕生高度創(chuàng)新（供給側(cè)）-消費者需求無彈性，因為它是低檔/普通商品，需求收入彈性：∈(x,Y)<1-變化（尤其是替代）進展比較慢b)IT、消費電子產(chǎn)品：-在行業(yè)競爭驅(qū)動下誕生高度創(chuàng)新（供給側(cè)）-消費者需求有彈性，因為它是高檔/新穎商品，需求收入彈性：∈(x,Y)>1-變化（尤其是擴張）進展比較快5.3.3耐用消費品耐用消費品（經(jīng)濟意義上的耐用品）的數(shù)據(jù)可以從數(shù)據(jù)庫GENESIS5[4]獲取。在德國，借助統(tǒng)計評估，總結(jié)出了低壓電網(wǎng)中家用電氣電子產(chǎn)品的增長率。在發(fā)達工業(yè)國家，家用電力消耗（電能）約占整個電能消耗的三分之一。根據(jù)選定的消費品，對產(chǎn)品擁有率（市場滲透率）進行了分析，分別為家用電器類（表2）、信息與通信技術(shù)類（表3）和娛樂電子產(chǎn)品類（表4）。這些表格上半部分用百分比表示每戶家庭對上述每一類消費品的產(chǎn)品擁有率。至于未說明的每百戶家庭消費品數(shù)量（這是衡量一戶家庭多種產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)通過計算所有預(yù)計家庭擁有量的消費品總數(shù)加以反映。表2、表3和表4的下半部分以百萬件為單位列出了上述每一類消費品的總數(shù)。在消費品總數(shù)增長的基礎(chǔ)上，通常是以第一次統(tǒng)計調(diào)查的年份為基準(zhǔn)計算動態(tài)平均年增長率。與說明連續(xù)兩年的年增長率的發(fā)展情況相比，上述方法更適合長期對比。圖12、圖13、圖14顯示了上述每一類選定消費品的動態(tài)平均增長率。在分析中，新技術(shù)引入后，消費品的產(chǎn)品擁有率總是呈現(xiàn)一定程度的飽和，體現(xiàn)為動態(tài)平均增長率持續(xù)接近于零值。圖表準(zhǔn)確地顯示了哪些新技術(shù)在市場滲透方面已經(jīng)停止，哪些還在持續(xù)?？梢詫x定技術(shù)的數(shù)目作進一步的數(shù)學(xué)預(yù)測，以便可以再次評估技術(shù)發(fā)展對電網(wǎng)的影響，特別是諧波及其相角方面。表2家用電器產(chǎn)品擁有率家用電器及其他（EHA）200020012002200320042005200620072008預(yù)計家庭擁有量（1000）34390347773500935375355283555535887家庭占比(設(shè)備占比率)，用百分比表示冰箱99.2%99.3%98.8%98.9%99.4%98.6%冰柜66.0%63.3%60.6%57.8%52.4%洗碗機48.3%51.3%52.3%56.6%56.7%61.6%62.4%62.5%微波爐58.2%58.7%62.7%62.3%67.0%68.0%68.7%69.6%洗衣機93.5%95.5%烘干機31.8%33.3%33.3%36.5%36.8%39.3%34.5%40.0%38.5%家用身體訓(xùn)練器21.6%24.3%26.6%27.3%28.4%28.9%27.5%電動自行車以百萬件為單位的商品數(shù)量冰箱39.540.540.641.041.642.443.4冰柜25.925.024.023.022.121.2洗碗機20.120.322.9微波爐20.721.122.522.624.424.925.325.8洗衣機32.933.833.534.4烘干機家用身體訓(xùn)練器8.59.8電動自行車家用電器及其他200920102011201220132014201520162017預(yù)計家庭擁有量（1000）364623652136640367013652236343366503720737381家庭占比(設(shè)備占有率)，用百分比表示冰箱98.7%97.8%99.4%99.7%99.8%99.9%100.0%99.9%冰柜54.0%57.2%57.2%50.5%50.8%50.8%50.3%51.6%GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019洗碗機64.8%65.7%67.0%68.3%67.3%68.3%69.5%69.8%71.5%微波爐71.9%72.9%72.0%72.4%72.9%73.3%73.3%73.9%洗衣機95.0%96.0%94.5%95.6%93.9%96.2%96.4%烘干機38.6%39.9%39.7%40.0%40.3%39.5%41.1%42.2%家用身體訓(xùn)練器29.7%30.3%28.7%24.6%26.0%26.3%25.6%25.3%電動自行車3.4%4.2%以百萬件為單位的商品數(shù)量冰箱43.843.844.444.644.544.645.246.446.7冰柜22.022.123.423.720.520.720.921.121.7洗碗機23.924.424.925.425.125.326.026.527.3微波爐26.927.527.227.326.827.527.828.228.6洗衣機35.536.035.535.835.436.937.2烘干機家用身體訓(xùn)練器電動自行車2.02.53.1圖12家用電器產(chǎn)品擁有增長率GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019表3信息與通信產(chǎn)品擁有率信息與通信技術(shù)（ICT）200020012002200320042005200620072008預(yù)計家庭擁有量（1000）34390347773500935375355283555535887家庭占比(設(shè)備占有率)，用百分比表示98.2%98.5%98.7%98.7%99.3%99.4%99.4%99.0%固定電話96.4%96.4%94.5%95.9%95.2%95.4%89.7%移動電話29.8%55.7%69.8%72.5%76.4%80.6%81.8%86.3%傳真機14.9%16.0%16.2%20.7%17.2%18.7%18.9%18.6%20.7%個人電腦47.3%53.4%57.2%61.4%63.6%68.6%71.6%72.8%75.4%臺式計算機45.6%51.6%58.2%58.7%62.9%64.5%63.8%筆記本電腦5.5%7.9%10.7%13.3%17.2%21.3%25.1%34.7%互聯(lián)網(wǎng)接入16.4%27.3%36.0%46.0%47.1%54.6%57.9%60.0%64.4%汽車導(dǎo)航4.4%7.7%12.3%20.7%以百萬件為單位的商品數(shù)量47.663.382.678.785.792.995.897.1固定電話35.435.442.438.140.8移動電話27.937.040.240.644.948.750.755.6傳真機個人電腦20.924.126.429.931.735.038.039.844.0臺式計算機21.823.425.826.528.229.429.629.0筆記本電腦8.5互聯(lián)網(wǎng)接入6.220.321.422.525.0汽車導(dǎo)航2.84.6信息與通信技術(shù)（ICT）200920102011201220132014201520162017預(yù)計家庭擁有量（1000）364623652136640367013652236343366503720737381家庭占比(設(shè)備占有率)，用百分比表示99.5%99.4%99.6%99.7%99.8%99.9%99.9%99.9%100.0%固定電話91.5%91.6%92.7%93.4%90.5%91.5%91.5%91.0%90.9%移動電話86.7%88.9%90.0%90.3%92.7%93.6%93.5%95.5%傳真機19.2%20.1%19.0%18.8%23.8%個人電腦78.8%80.8%82.0%83.5%85.2%87.0%88.3%88.6%90.0%臺式計算機62.9%59.6%53.3%54.0%51.3%49.4%48.6%筆記本電腦40.0%45.5%51.9%57.5%65.2%68.3%73.5%75.4%79.0%互聯(lián)網(wǎng)接入68.9%72.9%75.9%79.4%80.2%78.8%88.2%89.3%汽車導(dǎo)航27.0%33.2%38.9%42.7%46.3%48.3%49.7%50.8%50.6%以百萬件為單位的商品數(shù)量98.799.8102.7102.8108.2108.3112.9固定電話41.541.042.042.045.544.845.345.745.9移動電話57.258.860.760.862.763.563.765.766.9傳真機6.98.9個人電腦47.150.653.256.860.262.871.976.180.3臺式計算機29.629.528.527.724.422.7筆記本電腦21.124.729.135.838.648.853.257.6互聯(lián)網(wǎng)接入26.728.330.540.9汽車導(dǎo)航20.120.922.122.2圖13ICT產(chǎn)品擁有量增長率GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019表4娛樂電子產(chǎn)品擁有率娛樂電子產(chǎn)品（EE）200020012002200320042005200620072008預(yù)計家庭擁有量（1000）34390347773500935375355283555535887家庭占比(設(shè)備占有率)，用百分比表示MP3播放器14.7%22.8%29.0%37.3%平面電視5.0%9.3%15.7%衛(wèi)星接收器31.5%31.7%33.2%36.8%36.7%39.0%40.3%付費電視解碼器4.4%4.7%DVB-T解碼器11.9%16.2%錄像機65.9%68.6%68.9%67.8%69.7%69.4%攝像機18.0%18.2%21.9%19.8%19.4%19.7%20.0%19.5%數(shù)字?jǐn)z像機4.7%7.0%6.6%7.5%8.6%9.7%DVD錄像機27.1%36.4%59.3%62.9%數(shù)字照相機19.4%31.9%41.8%48.7%58.3%游戲機14.4%14.9%19.4%以百萬件為單位的商品數(shù)量MP3播放器6.620.0平面電視2.03.66.3衛(wèi)星接收器付費電視解碼器DVB-T解碼器6.8錄像機27.729.330.328.629.930.129.7攝像機7.97.7數(shù)字?jǐn)z像機DVD錄像機5.622.526.930.239.5數(shù)字照相機7.521.326.5游戲機6.57.5娛樂電子產(chǎn)品（EE）200920102011201220132014201520162017預(yù)計家庭擁有量（1000）364623652136640367013652236343366503720737381家庭占比(設(shè)備占有率)，用百分比表示MP3播放器39.8%41.2%42.3%42.2%45.3%44.0%41.4%40.3%37.7%平面電視25.8%36.7%48.7%58.9%76.4%81.3%84.4%86.9%衛(wèi)星接收器39.9%41.0%42.1%43.0%44.6%42.9%45.9%47.3%47.0%付費電視解碼器5.3%4.7%5.2%6.3%17.7%17.6%17.9%19.0%DVB-T解碼器19.9%21.4%24.6%27.2%17.9%16.7%15.8%錄像機攝像機20.4%20.0%21.6%22.0%18.8%19.0%18.3%17.8%17.3%數(shù)字?jǐn)z像機10.9%11.4%12.8%14.0%12.4%12.5%11.9%12.0%11.5%DVD錄像機71.6%70.8%71.3%72.2%70.8%74.7%67.0%65.3%64.5%數(shù)字照相機67.7%71.7%72.8%73.3%75.6%73.6%游戲機20.3%22.5%23.9%25.5%27.8%26.7%25.3%25.8%26.1%以百萬件為單位的商品數(shù)量MP3播放器22.823.925.024.726.824.622.722.220.7平面電視23.329.234.040.645.349.352.5衛(wèi)星接收器20.321.422.322.8付費電視解碼器8.0DVB-T解碼器8.69.4錄像機攝像機數(shù)字?jǐn)z像機DVD錄像機41.634.534.534.632.935.533.432.932.8數(shù)字照相機31.033.536.937.938.139.639.339.138.1游戲機GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖14娛樂電子產(chǎn)品擁有量增長率5.3.4發(fā)達工業(yè)國家的資本收入比衡量繁榮發(fā)展的一項指標(biāo)是文獻[5]所述的市場價值，即私人資本與國民收入比的。公式（10）描述了每年私人資本存量K與國民收入Y的關(guān)系。在發(fā)達工業(yè)國家6，過去幾十年私人資本與國民收入比大約為600%。即私人資本存量相當(dāng)于國民年收入的6倍（見圖15）。國民經(jīng)濟支出等于國民收入Y，是投資I、消費C、政府支出G和凈出口EX./.IM的總和，見公式（11）。資本K與勞動力L的國民支出由公式（12）所述的生產(chǎn)函數(shù)得出。資本存量K與國民收入Y的發(fā)展驅(qū)動因素是投資率（儲蓄率s）與產(chǎn)出Y的增長率g。因此，根據(jù)公式（13長期來看，私人資本與國民收入比β也對應(yīng)于儲蓄率s與增長率g的關(guān)系。文獻研究的這些國家儲蓄率s在10%～14%之間?？紤]到人口，經(jīng)濟的年增長率g每年約2%。因此，總私人資本存量K是國民年收入Y的5到6倍。國民收入中的資本占比α由資本收入回報率r和私人資本與國民收入比β計算，如公式(14)所示。通常，長期資本收入回報率r約為6%，相當(dāng)于私人資本與國民收入情況β為5～7，資本份額α約為30%～36%（見圖16）。使用假設(shè)的科布—道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，資本與勞動力之間的替代彈性為∈=1，資本收入與國民收入比α將變得穩(wěn)定并保持穩(wěn)定，即私人資本與國民收入比β上升將引起資本收入回報率r下降。然而，從長遠來看，勞動力L被資本K的自動化水平穩(wěn)步上升所取代。因此，[5]所述的時間序列也顯示出替代彈性∈>1，這是由于資本收入回報率r下降的速度比私人資本與國民收入比β上升的速度慢。在模型和實證結(jié)果中，私人資本與國民收入的關(guān)系持續(xù)上升。Y=I+C+G+(EX./.IM)α=r.β（10）（13）（14）GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019從上述發(fā)展得出結(jié)論，經(jīng)濟增長對技術(shù)改進有影響。首先，增長促進私人和國民消費。此外，資本存量增長又刺激生產(chǎn)。因此，電器數(shù)量預(yù)計將會穩(wěn)定而適度的增長。此外，由于自動化水平的提高，可以帶來更高速的技術(shù)改進（更短的開發(fā)時間）。最后，可以預(yù)期電子產(chǎn)品和技術(shù)的多樣性會增加，因為溢出效應(yīng)再次產(chǎn)生創(chuàng)新。然而，觀察到許多新的（電氣）技術(shù)采用既定的方法將交流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動新技術(shù)產(chǎn)品所需的電力，尚不清楚這些新技術(shù)將對諧波發(fā)射的總相角產(chǎn)生多大影響。新技術(shù)的發(fā)展始終由資本和市場驅(qū)動，需考慮某些技術(shù)對主相角的影響。前文的分析清楚表明，這些發(fā)展在過去10年到20年是相當(dāng)緩慢的。因此，即使經(jīng)濟衰退可能暫時導(dǎo)致看似重大變化或轉(zhuǎn)向，仍然預(yù)計未來10年不會出現(xiàn)重大的模式轉(zhuǎn)變。圖15資本收入比[5]圖16國民收入的資本占比[5]6數(shù)據(jù)評估概念及原則6.1數(shù)據(jù)評估概念來源于共計439個測量日（共計16個地點）的測量數(shù)據(jù)，包含大約100萬個單次測量數(shù)據(jù)集。測量過程帶有時間戳和當(dāng)?shù)匦畔ⅲ▎未螠y量數(shù)據(jù)集以及特定測量地點的非電特征。這些特征取自于由電網(wǎng)運行部門維護的相當(dāng)詳實的數(shù)據(jù)庫。從而形成了一幅電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、規(guī)模（與配電變壓器的距離）和負荷特性的完整圖景。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019從母本數(shù)據(jù)（三相電流和電壓的單次測量）導(dǎo)出（計算）一組值：l相電壓（RMS）l相電流（RMS）l有功功率l無功功率l視在功率l功率因數(shù)lcosφ（電壓、電流基波振蕩）l2次諧波～50次諧波測量值-諧波電壓幅值（RMS）-諧波電流幅值（RMS）-電流諧波相角（基波電壓正過零點為參考）l電壓總諧波畸變率（V-THD，%）l電流總諧波畸變率（I-THD，%）l總諧波畸變電流（I-THC，A）所有測量和派生的數(shù)據(jù)（100萬單次測量×數(shù)據(jù)集中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)量）轉(zhuǎn)換成與imc7兼容的數(shù)據(jù)格式，并存儲在數(shù)據(jù)庫中。通過imc特定的腳本語言，可以在整個數(shù)據(jù)池中訪問模塊，并以多種方式分析/呈現(xiàn)模塊。開發(fā)分析方法，全面呈現(xiàn)大量數(shù)據(jù)，識別異常，并統(tǒng)計處理數(shù)據(jù)。當(dāng)然，目標(biāo)是能夠獲得有意義的結(jié)論。數(shù)據(jù)分析主要包括：a）時間序列-在整個測量周期內(nèi)所有日期的24h時間窗口晝夜（日）循環(huán)-在24h時間窗口內(nèi)所有日循環(huán)的最小值和最大值包絡(luò)線b）直方圖c）累積頻率分布d）頻譜e）極坐標(biāo)中的主導(dǎo)相角f）主導(dǎo)矢量g）相關(guān)系數(shù)h）滑動相關(guān)性i）復(fù)值相關(guān)性在每種情況下，數(shù)據(jù)流（幅值或相角）被可視化為24h時間窗口的時間序列。一般而言，每個測試點的測量持續(xù)時間大約在30～45天之間。因此，根據(jù)負荷和發(fā)電廠結(jié)構(gòu)，可識別參數(shù)變化和/或關(guān)聯(lián)到一天的時間和/或一周的日期。從時間變化曲線可以清楚地顯示出用戶行為在工作日與節(jié)假日或周末的不同。這些信息可用于識別負荷結(jié)構(gòu)中諧波與用戶行為之間的因果關(guān)系。此外，從30～45天所有測量數(shù)據(jù)（電平或相角）中準(zhǔn)確識別最小值和最大值，并計算所有每日測量集（1440個點）的包絡(luò)線。這種方法的優(yōu)點是可以從每日時間的信息中識別出（極端情況下）用戶行為。7Imc是一個在市面上可獲得的合適產(chǎn)品的例子。本信息是為了方便本文件的用戶而提供的，不視為IEC對該產(chǎn)品的認(rèn)GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019直方圖展示了測量值或計算值的頻率分布。橫坐標(biāo)表示絕對值（電平或相角）?？v坐標(biāo)以百分比表示特定數(shù)值分布的頻次。因此，可以直接確定哪些值分布的頻次最高，以及不同變量的分布是否相似或顯示不同的中心值。與直方圖相比，頻次之和表征了測量值或計算值累積頻次的更多信息。橫坐標(biāo)為絕對值（電平或相角）?？v坐標(biāo)以百分比表示累積分布頻次。這種方法能夠簡單地評估特定數(shù)值的累積分布。例如，所有值中，60%的數(shù)值小于230A，或大于320A的數(shù)值只占10%。頻譜呈現(xiàn)高達50次諧波（2.5kHz）頻次的諧波幅值，并用彩色標(biāo)記每次諧波幅值的累積分布。深藍色表示分布時間達50%。紅色表示分布時間達5%，橙色表示分布時間達1%，淺藍色表示分布時間達0.1%。根據(jù)按時間標(biāo)識的每個參數(shù)的詳細數(shù)據(jù)，可以計算出給定諧波（主要是H5）的幅值與相角間的相關(guān)系數(shù)，或H5與I-THD間的相關(guān)系數(shù)，或H5幅值與功率間的相關(guān)系數(shù)等。各種相關(guān)系數(shù)以經(jīng)典方式從-1到+1范圍內(nèi)表示。如果兩個相同長度時間序列的時間窗以規(guī)定的時間步長運行，就得到滑動相關(guān)系數(shù)，如一個滑動平均值。該過程分1h和1天的步長進行。對整個時間序列（例如20天～30天）計算得出的相關(guān)系數(shù)結(jié)果，既不容易解釋，也不能提供有用信息。6.2統(tǒng)計調(diào)查原則6.2.1相關(guān)性從兩個相同長度的時間序列可以很容易地計算出相關(guān)性和相關(guān)系數(shù)。如果時間序列由復(fù)數(shù)組成，只用分量計算的相關(guān)系數(shù)替代標(biāo)量時間序列是存在問題的。幅值變化并不總是影響相角值。因此，為了計算相關(guān)系數(shù)，這兩個參數(shù)都需要考慮。此外，還存在相角從360°到0°不連續(xù)的問題，即使兩個連續(xù)相角相差2°,從359°到1°的數(shù)值處理將出現(xiàn)很大變化。因此，這些明顯的相角跳躍，使計算出的相關(guān)系數(shù)解釋起來更加復(fù)雜。在時間序列中，沒有從360°到0°,和從0°到360°跳躍的時段中才能對相關(guān)系數(shù)進行合理解釋。解決這些問題的方法是將已知的標(biāo)量時間序列中方差、協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)的算術(shù)過程應(yīng)用到復(fù)數(shù)時間序列上。6.2.2復(fù)數(shù)序列相關(guān)系數(shù)的計算通常，如果標(biāo)量數(shù)的時間序列呈高斯分布，則標(biāo)量參數(shù)數(shù)組的方差可根據(jù)公式（15）計算。var(X)=E[(X-μ)2]（15）（16）（17）（18）時間序列的數(shù)學(xué)表達式μx對應(yīng)于有n個數(shù)的時間序列按公式（16）計算的算術(shù)平均值。由此，可按公式（17）計算出離散值的方差，即各測量值xi數(shù)學(xué)期望值μx的平方偏差。時間序列的標(biāo)準(zhǔn)差定義為方差（17）的平方根，見公式（18）。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019與方差的計算類似，用測量值xi、yi與它們各自數(shù)學(xué)期望值偏差的平均值來計算協(xié)方差。用兩個不同時間序列x和y的偏差乘積代替偏差的平方，如公式（19）所示。方差也可以視為是自身與自身的協(xié)方差。（19）相關(guān)系數(shù)作為相關(guān)性的絕對度量，為協(xié)方差與標(biāo)準(zhǔn)差乘積之比，見公式（20）。ρx,y=corr（20）將公式（17）、公式（19）代入公式（20），得到離散值的相關(guān)系數(shù)，見公式（21）。如果時間序列變換為平均值為0的時間序列，則可顯著簡化公式（21）。用序列中的各列項減去時間序列的平均值，如公式（22）所示。 （22）xzero_mean=x-x時間序列的數(shù)學(xué)期望值μx和μy變?yōu)榱?。因此，方差簡化為測量值的二次方均值（平方的平均值），見公式（23協(xié)方差簡化為測量值乘積的平均值，見公式（24）。將簡化過的公式（23）和公式（24）代入公式（20）中，得到簡化后離散測量值的相關(guān)系數(shù)，如公式（25）所示。（23）xi.yi（24）corr（25）假設(shè)時間序列xi由n個矢量x=ax+jbx組成，將公式（26）得出的矢量平均值作為復(fù)數(shù)期望值μx。該矢量平均值由時間序列的實部和虛部的算術(shù)平均值計算得出。（26）xzero_mean=x-μx（27）將測得包含復(fù)數(shù)值的時間序列按公式（27）變換，減去按公式（26）計算得出的平均值，用簡化方法得到按公式（28）計算的方差和，按公式（29）計算的協(xié)方差?，F(xiàn)在，復(fù)方差是包含復(fù)數(shù)測量值的時間序列的二次均值。與此方法類似，用復(fù)數(shù)乘積的平均值來確定復(fù)協(xié)方差。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019（28）（29）多個、（30）將公式（28）和公式（29）代入公式（20）中得到復(fù)相關(guān)系數(shù)（30）的簡化方法，表示為復(fù)協(xié)方差與復(fù)標(biāo)準(zhǔn)差乘積之比。由于解釋復(fù)相關(guān)系數(shù)（30）不現(xiàn)實，故將其轉(zhuǎn)化為公式（31）所示的數(shù)學(xué)表達公最后，從復(fù)相關(guān)系數(shù)中分離出實部、虛部、幅度和角度，用于比較包含復(fù)測量值在內(nèi)的不同時間序列的相關(guān)系數(shù)。為了獲取作為相關(guān)系數(shù)的標(biāo)量值，將復(fù)時間序列xi的實部（32）或虛部（33）與由標(biāo)量測量值組成的時間序列yi比較。相關(guān)系數(shù)（32）、（33）宜給出相近的值。此外，將時間序列xi的實部和虛部與時間序列yi的實部和虛部分別進行比較，也得到有用的標(biāo)量相關(guān)系數(shù)（34）、（35）、（36）。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:20196.2.3主相角與主導(dǎo)矢量復(fù)數(shù)系列的矢量和（37）由所有實部的和與所有虛部的和推導(dǎo)。因此，矢量和的角度（38）用所有虛部之和除以所有實部之和的商的反正切計算。同樣，矢量和的幅值（39）由所有實部的平方和加上所有虛部的平方和之平方根計算。（37） 由平均矢量的定義可知，如果所有實部的算術(shù)平均值或所有虛部的算術(shù)平均值不為零，即存在主矢量。然而，應(yīng)用這一定義沒有比使用所有幅值二次均值與矢量和的角度（38）獲得更具有代表性的結(jié)果。上述角度就是主導(dǎo)相角。二次均值的平方根一般由公式（40）求得，適用于按公式（41）確定的h次電流諧波Ih=Ih.ejφh。jxvs_ph pvqm（40）（41）（42）從一系列的n矢量（一定次數(shù)的諧波）中，可以根據(jù)公式（42）計算出主導(dǎo)矢量xpv，并用圖形表示。然而，對于相角不同的這一系列矢量，主導(dǎo)矢量幅值只占獨立矢量幅值的一小部分?？梢园垂剑?5）設(shè)置最小比率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，以確定主導(dǎo)矢量代表了給定情況?？梢詫⒐剑?6）中的離散因子視為權(quán)重因子。按公式（45）確定的同相因子是矢量和（39）的幅值與所有觀測矢量幅值的算術(shù)和（43）之比值。根據(jù)公式（44），可計算任意諧波h的該比值。xas_mg=（43）_mg=（44）GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019n_phase=（45）isp_phase=1-（46）公式（46）離散因子的值只是用1減去公式（45）同相因子的值。因此，當(dāng)時間序列中的矢量相位變化很大時，該比值可能接近于1，但當(dāng)時間序列中的矢量相角差異很小時，該比值接近于0。圖17表示了理論示例，其中四個觀測結(jié)果（矢量點）相加為主導(dǎo)矢量（箭頭）。在這種情況下，主導(dǎo)矢量是具有代表性的，即它表明各矢量值在大致相同的相位范圍內(nèi)。作為比較，圖18表示了四個矢量值之間有很大差異的例子。如果假設(shè)一個判據(jù)，要求同相因子大于0.9，換言之，要求離散因子小于0.1，則判定圖18的主導(dǎo)矢量是不具代表性的。表5中對比了各權(quán)重因子。表5主導(dǎo)矢量的加權(quán)因子示例同相因子0.95590.2896離散因子0.04410.7104說明具代表性不具代表性圖17具代表性的主導(dǎo)矢量GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖18不具代表性的主導(dǎo)矢量7詳細數(shù)據(jù)分析7.1概述所有測量數(shù)據(jù)、初步結(jié)論以及其他細節(jié)依次在三份報告中進行了介紹，其中測試點M1～M8的報告為文獻[6]，測試點M9～M12的報告為文獻[7]，測試點M13～M16的報告為文獻[8]7.2電氣基本參數(shù)的時間序列分析與統(tǒng)計調(diào)查概念在每種情況下，以24h為時間窗口，展示了電壓和電流隨時間變化曲線，反映了不同負荷和電源結(jié)構(gòu)下的典型晝夜（每日）循環(huán)模式。從工作日和節(jié)假日的日循環(huán)曲線可以很明顯區(qū)分出不同用戶特點。住宅區(qū)通常在08:00－16:00間表現(xiàn)出穩(wěn)定的用電負荷，中午有小的波動，晚上有獨特用電負荷高峰，跟著會有一個用電負荷低谷。辦公區(qū)和商業(yè)區(qū)的用電需求與企業(yè)/商家的運營時間密切相關(guān)。在存在光伏發(fā)電并網(wǎng)的測量點，只有當(dāng)光照充足，發(fā)電功率在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)變壓器額定容量占有明顯份額時，才能觀察到變化。根據(jù)所有測量日一天中的每個測量時間點（1440個）的最大值與最小值，剔除掉離群值后，通過繪制電壓和電流的包絡(luò)線，可以得出用戶用電特點。在電壓曲線中，可以看出光伏并網(wǎng)發(fā)電量的增加。在電流曲線中，可以證實住宅區(qū)、辦公區(qū)和商業(yè)區(qū)等不同負荷用戶的特點。同樣用最大值與最小值的包絡(luò)線，有功功率、無功功率和視在功率的日循環(huán)變化趨勢表現(xiàn)出了相似的特點，也與電流密切相關(guān)。住宅區(qū)、辦公區(qū)和商業(yè)區(qū)等不同負荷結(jié)構(gòu)是很容易區(qū)分的。只有無功功率的日循環(huán)變化與用戶負荷的關(guān)聯(lián)性很小，始終保持在一個較低的水平。在高比例光伏并網(wǎng)的測試點的日循環(huán)變化中，能量回收系統(tǒng)即有效的功率流可以很容易識別出。功率因數(shù)的日循環(huán)波動最小，并接近為1，特別是在住宅區(qū)。在商業(yè)區(qū)和辦公區(qū)，功率因數(shù)的日循環(huán)波動比住宅區(qū)更大。只有光伏發(fā)電比例高的測試點，在幾個小時內(nèi)，在電網(wǎng)消耗電能到輸出電能入電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換中，功率因數(shù)才會從+1到0到-1變化，然后再返回。通過功率因數(shù)獲得余弦φ的時間序列具有相似結(jié)果。居民區(qū)的典型值在0°~20°之間，辦公區(qū)和商業(yè)區(qū)的典型值在-20°~0°之間，光伏發(fā)電高占比位置的典型值通常在30°~180°之間。所有觀測到的日循環(huán)和包絡(luò)線的波動率與功率因數(shù)相似。直方圖遵循正態(tài)分布，和頻接近理想的S曲線。電壓直方圖符合典型正態(tài)分布。因此，電壓累積頻率曲線表現(xiàn)為理想的S曲線。通常，電流頻率直方圖會出現(xiàn)兩個中心值，表明了住宅區(qū)用戶特點。在商業(yè)區(qū)和辦公區(qū)負荷結(jié)構(gòu)中，一般只有一個中心值，遵從正態(tài)分布。因此，電流累積頻率曲線不同于理想S曲線。7.3選定諧波的時間序列分析首先對選定諧波（3次、5次、7次）電平的日循環(huán)進行觀測。諧波電壓幅值用相電壓基波分量的相對值表示。諧波電流幅值用絕對值表示，同時也以電流基波分量的相對值表示。每日和每周的時間序列可分別用于評估在1日內(nèi)的時間相關(guān)性或在1周中與特定日期的相關(guān)性。上述時間窗口有助于分析總結(jié)電網(wǎng)中的特定用戶行為和運營技術(shù)。例如，圖19以相對值展示了在工作日M1測試點的5次諧波電流（三相）日循環(huán)。和預(yù)期的一致，同下午和晚上高負荷的時間相比，在低負荷的夜間時段的，諧波電流相對值更高。在相同的測試點和日期，5次諧波電壓幅值也表現(xiàn)出類似的日循環(huán)（圖20）。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖19M1測試點5次諧波電流的日循環(huán)圖20M1測試點5次諧波電壓幅值的日循環(huán)圖21M1測試點總諧波電流畸變率的日循環(huán)GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖22M1測試點總諧波電壓畸變率的日循環(huán)對同一工作日的電流總諧波畸變率（圖21）和電壓總諧波畸變率（圖22）的時間序列，選擇同一相位（相位1或THDI1_m1、THD1_m1）觀察，可以看到類似的趨勢。描繪出24h內(nèi)5次諧波相位最大值最小值的包絡(luò)線（圖23與諧波電流包絡(luò)線（圖24）負相關(guān)。M1測試點5次諧波電流包絡(luò)線（圖24）和5次諧波電壓包絡(luò)線（圖25）也顯示出一定的相關(guān)性。當(dāng)僅分析5次諧波時，不僅在工作日，而且在整個測量期間都可以觀察到這種情況。同樣的，24h內(nèi)電流總諧波畸變率（圖26）和電壓總諧波畸變率（圖27）的最大值最小值包絡(luò)線具有明顯的相關(guān)性。圖23M1測試點5次諧波相位的最小-最大包絡(luò)線GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖24M1測試點5次諧波電流相對值的最小值-最大值包絡(luò)線圖25M1測試點5次諧波電壓相對值的最小值-最大值包絡(luò)線圖26M1測試點電流總諧波畸變率的最小-最大包絡(luò)線GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖27M1測試點電壓總諧波畸變率的最小值-最大值包絡(luò)線M1測試點的所有5次諧波電流相位、幅值（電平圖28、圖29）和5次諧波電壓（圖30）的直方圖相對較寬，相應(yīng)的諧波電流相位（圖33）、諧波電流（圖34）和諧波電壓（圖35）的次數(shù)累積函數(shù)表現(xiàn)為一個平坦斜率的S曲線，一般情況下表示幅值離散度較大。規(guī)律同樣適用于電流總諧波畸變率直方圖（圖31）和電壓總諧波畸變率直方圖（圖32），以及電流諧波畸變率次數(shù)累積（圖36）和電壓總諧波畸變的次數(shù)累積（圖37）。7.3的所述均指住宅區(qū)電網(wǎng)。與辦公區(qū)和商業(yè)區(qū)用電負荷結(jié)構(gòu)相比，沒有相似之處。在辦公區(qū)和商業(yè)區(qū)負荷結(jié)構(gòu)中，所有諧波水平與辦公區(qū)和商業(yè)區(qū)的營業(yè)時間強相關(guān)。圖28M1測試點5次諧波電流相位直方圖GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖29M1測試點5次諧波電流相對值直方圖圖30M1測試點5次諧波電壓相對值直方圖GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖31M1測試點電流總諧波畸變率直方圖圖32M1測試點電壓總諧波畸變率百分比直方圖圖33M1測試點5次諧波電流相位頻次累積GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖34M1測試點5次諧波電流相對值頻次累積圖35M1測試點5次諧波電壓相對值頻次累積圖36M1測試點電流總諧波畸變率頻次累積GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖37M1測試點電壓總諧波畸變率頻次累積7.4選定諧波電流相角7.4.1相角時間序列分析對每相的3次、5次、7次諧波電流相角進行24h時間序列分析。圖38記錄了M1測試點在一個工作日內(nèi)5次電流諧波相角的時間序列。相應(yīng)的諧波電流幅值（相對值）如圖39所示。在一天中大部分時間內(nèi)，三相電流的相角在-30°保持相對穩(wěn)定。L1相和L3相僅從（冬季）傍晚開始出現(xiàn)明顯峰值變化，相角略高于-60°。可能是在L1相增加照明負載或其他準(zhǔn)線性負載引起了相角變化，到深夜，電流相角又回到-30°左右。圖38M1測試點5次諧波電流相角的日循環(huán)曲線GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖39M1測試點5次諧波電流幅值（相對值）的日循環(huán)曲線圖40M1測試點5次諧波相角曲線的最小-最大包絡(luò)線根據(jù)圖40中24h的計算得到的最小-最大包絡(luò)線，則可以確定測試點M1用戶的行為。所有測量中白天三相的中位數(shù)都在±20°。夜間分布相對于中位數(shù)增加±60°以內(nèi)。測試點M1三相相角測量的直方圖（見圖28）非常狹窄，相應(yīng)的累積頻率函數(shù)（圖33）在S曲線上呈現(xiàn)很大的梯度，這通常表明其相角位置分布較集中。在商業(yè)體和辦公樓負荷結(jié)構(gòu)中，可以發(fā)現(xiàn)相角隨工作時間而變化。7.4.2極坐標(biāo)中的相角諧波電流相角可以通過極坐標(biāo)查看，如圖41、圖42、圖43所示，圖中顯示了測試點M1的3次、5次、7次諧波電流。測試點M1是接入低壓電網(wǎng)的獨立住宅區(qū)，3次諧波電流的“點云”主要位于相位角極坐標(biāo)系統(tǒng)的第三象限（如圖41）。因此，3次諧波電流的相角平均為210°,離散度約為±30°。對于5次諧波電流，“點云”的主導(dǎo)部分位于相位角極坐標(biāo)系統(tǒng)的第四象限（如圖42）。圖中顯示5次諧波電流相角的平均值為-30°,離散度約為±30°。7次諧波電流相角明確的點云在極坐標(biāo)第二象限與第三象限之間（如圖43）。如上述以及第5章的數(shù)據(jù)顯示，關(guān)于“主導(dǎo)值”的說法不能推廣至其他測試點。如果將圖A.1與圖A.12進行對比，相角的幾個“點云”在相角上的分布要寬得多，而且主導(dǎo)矢量的主導(dǎo)相角也不同。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019根據(jù)計算的主導(dǎo)矢量顯示，可以看出測試點之間存在強偏差。特別是負荷結(jié)構(gòu)對相角點云的位置和形態(tài)有很大影響。此規(guī)律適用于觀測到的所有3次諧波電流。對于獨戶住宅的居住區(qū)，離散度不太突出。此外，5次諧波電流有從30°~-60°優(yōu)先發(fā)展的趨勢。這種趨勢在3次諧波電流中不明顯，在7次諧波電流中不存在。H3、H5、H7的離散因子或離散度全文統(tǒng)一計算結(jié)果如圖44、圖45、圖46所示。因此，與高次諧波電流相比，3次諧波電流相角離散度最小。然而，對于5次諧波電流和7次諧波電流的相角，幾乎所有值均小于0.2，這表明可以采用良好的措施來設(shè)置每個測量站點的主導(dǎo)相角位置。然而，需要說明的是，不同地點的主導(dǎo)相角有很大的不同。還應(yīng)注意到，住宅區(qū)的離散因子比商業(yè)體和辦公樓負荷結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)波動性要小。圖41測試地點M1的3次諧波電流相角圖42測試地點M1的5次諧波電流相角GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖43測試地點M1的7次諧波電流相角圖443次諧波電流相角離散因子圖455次諧波電流相角離散因子GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖467次諧波電流相角離散因子7.5諧波譜計算所有測試點的諧波電壓和諧波電流（2次至50次）的幅值譜，包括幅值的頻數(shù)分布。深藍色表示在最低出現(xiàn)頻數(shù)50%時諧波含量，紅色表示在最低出現(xiàn)頻數(shù)5%時諧波含量，黃色表示在最低出現(xiàn)頻數(shù)1%時諧波含量，淺藍色表示在最低出現(xiàn)頻數(shù)0.1%時諧波含量。例如，對于測試點M1，諧波電流的幅值譜中（圖47）有一個諧波含量增加，可能是由于諧振引起35次諧波含量輕微增加。所有其他諧波含量隨著次數(shù)上升而下降。對于次數(shù)15及以上的諧波電流，最低出現(xiàn)頻數(shù)50%的含量均小于1%。圖48顯示，測試點M1的諧波電壓含量在23次、25次出現(xiàn)了小幅增加的諧振，在35次附近諧波含量增幅最小。此外，低次諧波的含量趨勢，特別是3次、5次、7次諧波，對應(yīng)的典型特征符合預(yù)期。頻數(shù)分布表明，只有5次、7次、9次和11次諧波電壓含量在1%左右，持續(xù)時間超過50%。圖47包括M1測試點水平分布的諧波電流譜GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖48包括M1測試點水平分布的諧波電壓譜將測量點M1的諧波譜與其他負荷結(jié)構(gòu)測試點的諧波譜進行對比，可以看出商業(yè)體和辦公樓電網(wǎng)（即與住宅區(qū)相比）具有巨大差異。此外，有光伏設(shè)施的電網(wǎng)諧波譜與居民區(qū)的電網(wǎng)諧波譜有很大不同。并且，將住宅區(qū)電網(wǎng)與辦公樓或商業(yè)體負荷電網(wǎng)的數(shù)據(jù)相對比，很難得出規(guī)律性結(jié)果，因為不同電網(wǎng)的諧振頻率差異巨大。當(dāng)然，這可以直接解釋為由電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不同而導(dǎo)致。參考將諧波含量轉(zhuǎn)換為圖譜的原理，將諧波相角也轉(zhuǎn)換為圖譜。圖49顯示了M1測試點的所有諧波相角及其分布頻率。單次諧波的結(jié)果與圖47和圖48相對應(yīng)?？梢钥闯觯畹统霈F(xiàn)頻數(shù)50%的3次諧波相角在135°左右。最低出現(xiàn)頻數(shù)50%的5次諧波電流相角分布在190°處，最低出現(xiàn)頻數(shù)50%的7次諧波電流相角分布在200°。此外，通過頻數(shù)分布可以很容易且快速地看出離散性。與預(yù)期一致，隨著高次諧波的出現(xiàn)，數(shù)值的波動性強烈增加。對比不同負荷結(jié)構(gòu)之間的相角，一定程度上只能采用低次諧波。圖49M1測試點的諧波相角及相位分布圖7.6相關(guān)性文獻[7]介紹了測試點M1～M8所有具有相關(guān)性的計算結(jié)果，文獻[8]詳細介紹了測試點M13～M16具有相關(guān)性的計算結(jié)果。文獻[9]給出了復(fù)數(shù)相關(guān)性的說明。相關(guān)系數(shù)和滑動相關(guān)的計算以及復(fù)數(shù)應(yīng)用見6.2.1、6.2.2。下面以L2相的5次諧波電流（PA05L2）相角為例，通過相關(guān)系數(shù)確定其與所選電氣參數(shù)的相關(guān)性。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖50顯示所有測試點在整個測量周期內(nèi)的5次諧波電流的相關(guān)系數(shù)?？梢钥闯鼍用駞^(qū)（測試點M1~M8）有明顯的關(guān)聯(lián)，即有合理相似的相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)在-0.5至-0.8之間，表示隨著5次諧波電流幅值升高，相角變小，左旋。只有在測試點M4和M7，相角與5次諧波電流幅值無關(guān)。在辦公樓和商業(yè)體負荷結(jié)構(gòu)中，其關(guān)聯(lián)程度，即相關(guān)性更加明顯。這在電子產(chǎn)品商店（測試點M14）的測試點尤其明顯。測試點M13和M14（均為辦公樓）的相關(guān)系數(shù)中符號反轉(zhuǎn)可以追溯到相角旋轉(zhuǎn)方向的變化。對于測試點M13，相角隨5次諧波電流幅值的升高而增大，并左旋。圖505次諧波電流相角與5次諧波電流H05i的相關(guān)性圖515次諧波電流相角與5次諧波電壓H05u的相關(guān)性GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖525次諧波電流相角與THDI的相關(guān)性5次諧波電流相角與5次諧波電壓幅值之間存在非常相似的關(guān)聯(lián)（圖51）。總的來說，5次諧波電壓比5次諧波電流的相關(guān)系數(shù)小，因此相關(guān)性不明顯。換言之，在時間序列中，諧波電流比諧波電壓對相角位置的關(guān)聯(lián)度更強。此外，各測試點電平變化與相角旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系相似。5次諧波與電流總諧波畸變因子之間的相關(guān)系數(shù)（圖52）、5次諧波與電壓總諧波畸變因子之間的相關(guān)系數(shù)（圖53）也顯示出類似的關(guān)聯(lián)度。由此可以看出，高次諧波會影響到相關(guān)系數(shù)，但影響程度較低。最后，5次諧波電流相角與視在功率之間的相關(guān)系數(shù)（圖54）顯示，電流幅值（功率）與相角旋轉(zhuǎn)方向直接相關(guān)。圖535次諧波電流相角與THDV的相關(guān)性圖545次諧波電流相角與視在功率S的相關(guān)性以測試點M14（電子產(chǎn)品商店）為例，說明了24h內(nèi)的滑動相關(guān)系數(shù)。在本例中，相關(guān)系數(shù)表明L1相5次諧波電流（PA05L1）的相角位置與總諧波畸變因子之間幾乎完全相關(guān)。L1相、L2相和L3相均如此（圖55）。通過5次諧波電流相角與L1相、L2相、L3相有功功率和無功功率的相關(guān)系數(shù)可以推導(dǎo)出完全相同的強關(guān)聯(lián)度（圖56）。圖片同時也顯示5次諧波相角與視在功率之間的高相關(guān)性。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019圖555次諧波電流相角與THD-I的相關(guān)軌跡圖565次諧波電流相角與P、Q、S的相關(guān)軌跡8經(jīng)驗性證據(jù)8.1歸納法與演繹法每種技術(shù)對選定的諧波具有特定的主導(dǎo)相角，對不同技術(shù)組合是否會具有諧波補償效應(yīng)這一問題，可以用演繹和歸納的方法研究。尤其適用于不同產(chǎn)品類別間5次諧波電流的補償，進而減少諧波電壓畸變。按照演繹法的方式假設(shè)不同產(chǎn)品類別之間存在諧波補償，如果上述假設(shè)是正確的，我們期望能夠找到具體方式。與此相反，歸納法是基于具體的觀察來預(yù)測某些模式，例如不同產(chǎn)品或類別之間的補償。按照歸納法從實驗室測量結(jié)果中系統(tǒng)梳理出經(jīng)驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)得出一個猜想，即特定的技術(shù)，如燈具，會抵消其他產(chǎn)品產(chǎn)生的部分5次諧波電流。測量結(jié)果可以確定這些技術(shù)的主導(dǎo)相角，除此之外，還表明不同（各種）技術(shù)之間存在一定的補償效應(yīng)。這有利于論證這樣一個猜想，即上述補償可以通過幾乎完全相反的主導(dǎo)矢量來減少諧波發(fā)射水平，從而提高電能質(zhì)量，減小電壓畸變。因此，從觀察現(xiàn)象中提煉出普適性結(jié)論等同于歸納法。如果由歸納法得出的猜想是正確的，那么在現(xiàn)場測試時必然會發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗性證據(jù)。如果不同技術(shù)間確實存在特定相關(guān)聯(lián)的主導(dǎo)相角，并且假設(shè)技術(shù)的多樣性確實達到一定程度，那么5次諧波電流的補償原理上可以通過現(xiàn)場觀察的方式得以經(jīng)驗證實。GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019因此，觀察所得出理論模型的邏輯結(jié)論，這等同于演繹法。8.2實驗室試驗在實驗室研究[10]8中，對所選電氣產(chǎn)品的諧波電流幅值和相角進行測量。實驗室測量結(jié)果考慮了109個節(jié)能燈（ESL）和61件電子設(shè)備（ED）。節(jié)能燈包括緊湊型熒光燈（CFL）和固態(tài)燈（SSL）。此外，還區(qū)分了具備和不具備功率因數(shù)校正（PFC）的電子設(shè)備。受試設(shè)備由理想正弦電壓源供電，因此電源無諧波參量引入。初步分析主要針對3、5次諧波電流進行，測量目的是確定這些技術(shù)的主導(dǎo)相角。同時，在實驗室中，將已論證的優(yōu)先技術(shù)組進行相角疊加，以證明其補償效果。為此，將運行兩類產(chǎn)品劃分為同時使用和單獨使用，一種是結(jié)合節(jié)能燈的電子設(shè)備，另一種是沒有節(jié)能燈的電子設(shè)備。諧波電流補償意味著兩個產(chǎn)品的單項諧波電流矢量部分或完全相反。因此，影響補償度的關(guān)鍵是特定諧波的幅值和相角，特別是相角是否基本一致或者幾乎相反。當(dāng)各類產(chǎn)品一起運行時，總主導(dǎo)矢量幅值變化是反映補償度的衡量指標(biāo)?；谇拔乃?，研究評定補償效果時定義了求和指數(shù)α（加總效應(yīng)的量化）和同相因子k兩個參量。求和指數(shù)9α是一個導(dǎo)數(shù)（見腳注公式）。公式的兩邊都是相等的，左邊是矢量和的幅值，右邊是每個設(shè)備矢量分量冪函數(shù)（相對于α)和的根（相對于α)。α=1表示沒有補償，α>1表示存在一些補償，α接近∞表示全補償。同相因子k是矢量和幅值與幅值算術(shù)和的比值。一般而言，0.9<k≤1表示低補償度，0.5<k≤0.9表示存在部分補償，0<k≤0.5表示為高補償度，k=1表示無補償，k=0表示最佳補償狀態(tài)。表6列出了用于評估不同技術(shù)分組可補償度的主導(dǎo)相角、幅值和同相因子。ED1組與ED2組的供電類別不同。各電子設(shè)備間的本質(zhì)區(qū)別為采用的PFC方式不同（無PFC、無源PFC或有源PFC）。表7為不同技術(shù)組合之間的對比結(jié)果。表6CFL、SSL與電子設(shè)備的對比[10]類別3次諧波電流5次諧波電流相角kα幅度[mA]kαCFL265±1520..900.981145±2510..700.93SSL315±450.86205±-450.63ED1(無PFC)225±455..250.79315±-250.86ED2(無PFC)195±-1510..1400.9930±3010..1300.98ED3(無源PFC)140±-15280..3500.99275±-20120..1900.97ED4(有源PFC)310±-4550..2000.74240±-8020..300.43表7疊加組合的對比[10]8這項調(diào)查由協(xié)會FNN（德國電氣工程師協(xié)會電網(wǎng)技術(shù)/電網(wǎng)運營論壇）指示并資助。1GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019數(shù)量31+11=4214+31+11+5=6161+74=13561+74+11=146k（3次諧波）0.860.690.540.53k（5次諧波）0.550.543次諧波4.6A/162°5.3A/-160°5次諧波2.2A/-21°0.9A/39°綜上所述，實驗室得出了以下重要結(jié)論：l25W及以下的大多數(shù)緊湊型熒光燈將曲線作為準(zhǔn)則使用10。l所有模型使用的波形結(jié)果表明，各模型之間3、5次諧波的相角位置非常相似。l3次諧波極限值的基波的86%，5次諧波使用極限值的61%。lSSL電流波形的分散性（多樣型）及由此引起的諧波相角的分散比CFL更大。l帶有開關(guān)電源（SPS）的電子設(shè)備（ED）可以根據(jù)電流波形和相角位置分為四組：-無PFC的電子設(shè)備（第1代SPS：5次諧波的相角約30°)-帶無源PFC的電子設(shè)備（第2代SPS：5次諧波的相角約-90°。）-帶有源PFC的電子設(shè)備（第3代SPS：相角無意義）-其他。l可以證明技術(shù)混合產(chǎn)生了一定的5次諧波補償。最后，理論上來說可以通過確定最佳產(chǎn)品組合量以獲得相角和幅值的較大補償。由于燈具（小功率）和中高功率電子設(shè)備之間的功率（以及諧波幅值）有很大差異，在實踐中實現(xiàn)對選定的諧波（次）電流進行最大補償是一件非常復(fù)雜的工作。8.3現(xiàn)場測量基于實驗室開展的現(xiàn)場測量調(diào)查[10]，對本文件進行了補充。測量包括評價3次和5次諧波電流的主導(dǎo)相角。現(xiàn)場測量[1]11的目的是產(chǎn)生經(jīng)驗證據(jù)，證明在實際電網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)相角位置和補償效應(yīng)?，F(xiàn)場測量由32家德國配電網(wǎng)運營商在各自的電網(wǎng)中完成。為了獲得真正能被評價的數(shù)據(jù)集，初始假設(shè)的條件是測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一配置（測量儀器參數(shù)設(shè)置）的基礎(chǔ)，也是測試點的選擇標(biāo)準(zhǔn)。電網(wǎng)公司提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)由研究團隊伙伴對所有涉及的電網(wǎng)公司進行集中評價（統(tǒng)計）?，F(xiàn)場測量僅在本地電網(wǎng)終端變壓器的公用低壓電網(wǎng)上進行，對三相電流、電壓和相位進行測量。測量時間的重復(fù)周期為1min。測量持續(xù)時間由電網(wǎng)公司負責(zé)，但通常至少在一周以上。電網(wǎng)公司使用的測量儀器除了提供基本電氣參數(shù)數(shù)據(jù)外，還提供50次及以下電流和電壓（只有幅值）的幅值以及相角信息。為了合理的識別其關(guān)聯(lián)性，所有測試點均按照電網(wǎng)結(jié)構(gòu)（表8）、負荷結(jié)構(gòu)（表9）和發(fā)電廠結(jié)構(gòu)（表10）進行分類。從這三個既定的結(jié)構(gòu)類別中，可以識別出96種排列。然而，在實踐中，理論上只能設(shè)想35種與電網(wǎng)公司的典型組合。從電網(wǎng)公司來看，居民區(qū)的130個選定電網(wǎng)（79%）占主導(dǎo)地位。可用的結(jié)構(gòu)組合集中在（占所有電網(wǎng)的44%）具有光伏的獨立住宅，另一類（占所有電網(wǎng)的40%）是沒有光伏的公寓住宅。表8電網(wǎng)類型[1]類別電網(wǎng)類型系統(tǒng)長度N1小型電網(wǎng)≤800mN2中型電網(wǎng)>800m~≤1600m11這項調(diào)查由協(xié)會FNN（德國電氣工程師協(xié)會電網(wǎng)技術(shù)/電網(wǎng)運營論壇）指示GB/Z17624.8-20XX/IEC/TR61000-1-8:2019N3大型電網(wǎng)表9負荷類型[1]類別負荷類型規(guī)模單元數(shù)量A1住宅區(qū)，單戶住宅（SFH）S小≤40M中>40~≤80L大A2住宅區(qū)，多戶住宅（MFH）S小≤200M中>200~≤400L大>400A3商業(yè)體（商店）所有所有不適用A4辦公樓所有所有不適用A5其他所有所有不適用表10發(fā)電類型[1]類別發(fā)電類型SE/SrE1無可再生能源0%E2零星的可再生能源>0%~≤10%E3少數(shù)可再生能源>10%~≤50%E4大量可再生能源>50%為了評估主導(dǎo)相角位置[1]和主導(dǎo)矢量，采用了類似于實驗室測量[10]的方法。同相因子k由d=1-k代替，d為離散因子，即離散度的度量指標(biāo)。因此，如果主導(dǎo)矢量的離散度很低（d≤