并网逆变器超高次谐波评估方法

T/CPSS(L)2022—015

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件由中国电源学会提出并归口。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件起草单位：山东大学、山东华天电气有限公司、

杭州煦达新能源科技有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司、西安交通大学电气工程学院、

云南电网有限责任公司电力科学研究院、上能电气股份有限公司、北京电力自动化设备有限公司、国网

福建省电力有限公司电力科学研究院、上海电器设备检测所有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、重

庆荣凯川仪仪表有限公司、广西电网有限责任公司电力科学研究院、中国电力科学研究院有限公司武汉

分院、南方电网电力科技股份有限公司、上海电气集团股份有限公司、亚洲电能质量产业联盟、国网吉

林省电力有限公司电力科学研究院、西安西驰电气股份有限公司、费莱（浙江）科技有限公司、国网辽

宁省电力有限公司电力科学研究院、国网湖南省电力有限公司经济技术研究院、广东电网有限责任公司

电力科学研究院、国网河北省电力有限公司电力科学研究院、深圳市中电电力技术股份有限公司、厦门

科华数能科技有限公司、辽宁东科电力有限公司、国网陕西省电力有限公司电力科学研究院、北京市腾

河智慧能源科技有限公司、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、厦门大学、国网山西省电力公司

电力科学研究院、国网上海市电力公司电力科学研究院。

本文件主要起草人：许涛、高峰、王德涛、李剑铎、雷金勇、何英杰、姜訸、黎忠琼、陈杰、方晓

玲、杨洋、蒋顺平、刘作林、金庆忍、卫卓、唐酿、王江涛、王语洁、袁野、孙兆伟、李稳良、李平、

刘文军、王玲、孟良、赵艳、曾春保、程绪可、邓俊、张晶、陈骞、孟超、高乐、张鹏。

本文件为首次发布。

II

T/CPSS(L)2022—015

并网逆变器超高次谐波评估方法

1范围

本文件规定了接入低压电网的单相或三相分布式发电系统（特别是连接到低压公共供电网络的逆

变器）的超高次谐波的计算方法、预测评估方法和测试评估方法等。

本文件适用于频率范围是2kHz至150kHz的高次谐波的评估。

注：本文件中的低压指相电压小于1kV，或为1140V。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T14549—1993电能质量公共电网谐波

IEC61000-4-7电磁兼容性（EMC）第4-7部分：测试和测量技术电源系统及其相连设备的

谐波、间谐波测量方法和测量仪器技术标准（Electromagneticcompatibility(EMC)-Part4-7:Testingand

mmeasurementtechniques-Generalguideonharmonicsandinterharmonicsmeasurementsandinstrumentation,

forpowersupplysystemsandequipmentconnectedthereto）

IEC61000-4-30电磁兼容性（EMC）第4-30部分测试和测量技术电能质量测量方法

（Electromagneticcompatibility(EMC)–Part4-30:Testingandmeasurementtechniques–Powerquality

measurementmethods）

3术语和定义

GB/T14549—1993界定的以及以下术语和定义适用于本文件。

3.1

公共连接点pointofcommoncoupling；PCC

用户接入公用电网的连接处。

[来源：GB/T14549-1993，3.1]

3.2

谐波测量点harmonicmeasurementpoints

对电网和用户的谐波进行测量之处。

[来源：GB/T14549-1993，3.2]

3.3

基波（分量）fundamental（component）

对周期性交流量进行付立叶级数分解，得到的频率与工频相同的分量。

[来源：GB/T14549-1993，3.3]

3.4

谐波（分量）harmonic（component）

对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。

[来源：GB/T14549-1993，3.4]

3.5

超高次谐波（分量）supraharmonics（component）

频率范围是2kHz～150kHz的谐波分量。

1

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3.6

谐波次数（h）harmonieorder（h）

谐波频率与基波频率的整数比。

[来源：GB/T14549-1993，3.5]

3.7

谐波含量（电压或电流）harmoniccontent（forvoltageorcurrents）

从周期性交流量中减去基波分量后所得的量。

[来源：GB/T14549-1993，3.6]

3.8

总谐波畸变率totalharmonicdistortion（THD）

周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。电压总谐

波畸变率以THDu表示，电流总谐波畸变率以THDi表示。

[来源：GB/T14549-1993，3.8]

3.9

谐波源harmonicsource

向公用电网注入谐波电流的电气设备。

[来源：GB/T14549-1993，3.9]

3.10

快速傅里叶变换FastFourierTransform（FFT）

利用计算机计算离散傅里叶变换（DiscreteFourierTransform，DFT）的高效、快速计算方法的统称，

简称FFT。

4超高次谐波计算方法

4.1通则

参照IEC61000-4-7和IEC61000-4-30中的超高次谐波计算方法，本文件按照超高次谐波的频率将

其划分为2kHz～9kHz和9kHz～150kHz两个谐波频带。其中，2kHz～9kHz谐波的计算参考标准IEC

61000-4-7中的聚合计算方法，以200Hz为间隔聚合频谱；9kHz～150kHz谐波的计算参考标准IEC

61000-4-30中的聚合计算方法，以2kHz为间隔聚合频谱。

4.2测量仪器采样频率要求

测量仪器的采样频率不应低于1024kHz。

4.32kHz-9kHz频段的超高次谐波计算方法

2kHz-9kHz频段的超高次谐波计算方法：

——对200ms矩形窗无间隔采样的数据进行FFT运算，得到频谱值Yc,f；

——将初步测量结果按照200Hz带宽进行分组处理，起点位于该组谐波范围内的第一个5Hz频

谱位置，第一组的中心频率为2.1kHz，如图1所示，其余各组中心频率b的取值计算见公

式（1）；

bk=(2100+×200)Hz,k=0,1,2,,34················································(1)

式中：

b——中心频率；

k——组数。

2

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幅值以5Hz为频率分辨率的FFT数据

……

频率

YB,2100YB,2300YB,8900

20002200240088009000

图12kHz-9kHz频段的谐波分组

——每组范围内的40个频谱按照谐波组算法进行聚合，得到该组谐波的整体发射数值YB,b，其计

算见公式（２）。

fb=+100

2(2)

YYBb,,=∑cf····································································

fb=−95

式中：

YB,b——谐波的整体发射数值；

Yc,f——初步分析结果中频率为f的频谱幅值。

4.49kHz-150kHz频段的超高次谐波计算方法

9kHz-150kHz频段的超高次谐波计算方法：

——采样频率设置为1024kHz；

——在每200ms数据中等间隔选择32个0.5ms数据段，如图2所示；

123313

100

50

0

U/V

-50

-100

04080120160200

图29kHz-150kHz数据提取示意图

——对32个样本数据分别进行512点FFT运算，得到频谱分辨率为2kHz的频谱结果；

——选取第5至75共71个连续谱线代表9kHz～150kHz的谐波分析结果；

——根据32次结果，统计并计算出每条谱线的均方根值，计算方法见公式（3）。

3

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222

(1)(2)(32)

(YYBb,,)++(Bb)(YBb,)

Y=

Bb,32·············································(3)

bk=×=(2000)Hz,k5,6,7,,75

式中：

(1)…(32)——根据32组样本数据计算的谱线。

YBb,YBb,

5预测评估方法

5.1通则

预测评估方法的作用是在逆变器实际并网运行前预估其输出电流谐波含量。建议并网逆变器生产

厂家使用。所评估结果为逆变器并网运行后输出的最严重超高次电流谐波。

5.2预测评估系统的搭建

预测评估系统的搭建：

——预测评估系统由交流电源、电感、逆变器组成，整体结构如图3所示；

开关测试点

11交流电源

并网逆变器1或可编程电源

电感

开关2测试点2

并网逆变器2

图3预测评估系统结构示意图

——交流电源可以是实际电网或可编程电源，推荐可编程交流电源；

——电感的取值宜不大于逆变器电感值的1/2；

——并网逆变器的数量为2；

——两台并网逆变器应为同一型号。

5.3预测评估点及被测量的选取

预测评估点及被测量的选取：

——单相并网逆变器选取逆变器的输出相；

——三相三线制或三相四线制并网逆变器选取ABC三相（或UVW三相）中的任何一相；

——被测量为变流器输出电流。

5.4测量过程

测量过程：

——连续采集10s数据，以10个基波周期即0.2s为间隔将数据划分为50组，如图4所示。

4

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0.2s波形数据

…………

连续波形数据

10s

图4连续提取10s波形数据

35个频谱值71个频谱值

间隔间隔

幅值200Hz2kHz

02k9k150k频率

图50.2s数据经过处理后的频谱图

——针对每组0.2s波形数据，利用第4章中的超高次谐波计算方法计算出2kHz～9kHz范围内

的35组谐波数据和9kHz～150kHz范围内的71组谐波数据YB,b，如图5所示。将50组计

算结果汇总，如表1所示。

表150组波形的YB,b统计表

序号2kHz～9kHz谐波9kHz～150kHz谐波

1（0s-0.2s的原始波形）35组谐波数据YB,b71组谐波数据YB,b

2（0.2s-0.4s的原始波形）35组谐波数据YB,b71组谐波数据YB,b

………………

50（9.8s-10.0s的原始波35组谐波数据YB,b71组谐波数据YB,b

形）

——分别求取上述50组数据中各频段的最大值，如表2所示。

表250组谐波数据的最大值

2kHz～9kHz谐波9kHz～150kHz谐波

最大值35组谐波数据的最大值YB,bmax71组谐波数据的最大值YB,bmax

5.5评估过程

评估过程：

——依据逆变器开关频率划分奇数频带和偶数频带，fs表示逆变器的开关频率。

奇次谐波频段开关频率的计算见公式（4）：

···········································(4)

(Nodd−0.5)ffs≤≤(Nodd+0.5)fNsodd=1,3,5,

式中：

5

T/CPSS(L)2022—015

Nodd——奇次自然数；

fs——逆变器的开关频率。

偶次谐波频段开关频率的计算见公式（5）：

··································(5)

(Neven−0.5)ffs≤≤(Neven+0.5)fNseven=2,4,6,

Neven——偶次自然数；

奇次偶次奇次偶次

……

频率

0fs2fs3fs4fs

图6奇次频段、偶次频段示意图

——将2kHz～150kHz谐波（2kHz～9kHz频段谐波以200Hz为间隔，共计35个聚合频带；9

kHz～150kHz频段谐波以2kHz为间隔，共计71个聚合频带）按照公式（4）和公式（5）

(odd)(even)

计算出的奇次、偶次谐波频段划分为奇次谐波和偶次谐波，并表示为YB,b和YB,b。

——按照公式（6）预测评估电流谐波畸变率的最大值THDmax：

22

(odd)(even)

∑∑(22YYBb,max)(Bb,max)·········································(6)

THD=max,

max

YY11

式中：

(odd)

YB,bmax——奇次谐波的最大值；

(even)

YB,bmax——偶次谐波的最大值；

Y1——基波有效值。

6测试评估方法

测试评估方法的作用是在逆变器并网运行后现场评估其输出电流谐波含量。建议并网逆变器业主、

第三方检测机构、电力公司等使用。测试结果为并网变流器输出的最严重超高次电流谐波。

6.1测量点及被测量的选取

测量点及被测量的选取：

——在多并网逆变器系统中，测量点应为单台并网逆变器的输出端，如图7所示。建议测量ABC

三相中的任意一相。

多并网逆变器系统

测量点380V/10kV

公共并网点

输出输出输出输出交流

电网

并并并并

网网网网

逆逆逆……逆

变变变变

器器器器

图7测量点位置示意图

——被测量为变流器输出电流。

6

T/CPSS(L)2022—015

6.2测量过程

测量过程：

——连续采集10s数据，以10个基波周期即0.2s为间隔将数据划分为50组，如图8所示。

0.2s波形数据

…………

连续波形数据

10s

图8连续提取10s波形数据

——针对每组0.2s波形数据，利用第4章中的超高次谐波计算方法计算出2kHz～9kHz范围内

的35组谐波数据和9kHz～150kHz范围内的71组谐波数据YB,b，如图9所示。将50组计

算结果汇总，如表3所示。

35个频谱值71个频谱值

间隔间隔

幅值200Hz2kHz

频率

02k9k150k

图90.2s数据经过处理后的频谱图

表350组波形的YB,b统计表

序号2kHz～9kHz谐波9kHz～150kHz谐波总谐波畸变率（THD）

1（0s-0.2s的原始波形）35组谐波数据Y1,B,b71组谐波数据Y1,B,bTHD1

2（0.2s-0.4s的原始波形）35组谐波数据Y2,B,b71组谐波数据Y2,B,bTHD2

……

50（9.8s-10.0s的原始波35组谐波数据Y50,B,b71组谐波数据Y50,B,bTHD50

形）

6.3计算各滑窗中波形的总谐波畸变率

2

∑YxBb,,···························································(7)

THDx=x=1,2,,50

YB,1

式中：

7

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Yx,B,b——第x组的谐波数据，取值范围1～50的自然数；

YB,1——基波有效值。

THD计算见公式（7），THD值如表3所示。

6.4计算各滑窗中波形的总谐波畸变率的最大值

各滑窗中波形的总谐波畸变率的最大值THDmax的计算见公式（8）。

······················································(8)

THDmax=max(THDx)x=1,2,,50

8

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附录A

（资料性）

预测评估方法公式推导

图A.1为典型的新能源场站、储能场站中并网逆变器接线图，该系统中多台并网逆变器接入公共并

网点，公共并网点再经变压器、输电线路接入电网，其中，m表示并网逆变器的编号（m=1,2,…,N），

N表示并网逆变器的数量。当分析超高次谐波时，并网逆变器可以等效为谐波源和输出阻抗串联，谐波

源表示为um,h，等效阻抗表示为Zm。um,h可以进一步表示为不同频段谐波的叠加，其计算见公式（A.1）：

线路变流器变流器输出

并网变流器1等效谐波源等效阻抗

电网

……电网

并网变流器m等效等效阻抗

……

并网变流器N公共并

网点

图A.1变器并网示意图及用于分析超高次谐波的等效电路图

∞

(.1)

uum,h=∑mf,h····································································A

f=0

式中：

um,h——逆变器m的输出电压谐波；

um,hf——频率为f时逆变器m的输出电压谐波。

为进一步分析不同频段超高次谐波特点，将图A.1中的并网逆变器表示为不同频段的等效电路图，

如图A.2所示，其中f表示不同频段。图A.2中，左侧um,hf与Zm,f是频率为f时逆变器m的输出谐波和输出阻

抗。ueq,hf表示除逆变器m外其他所有接入公共并网点逆变器的等效电压谐波，计算方法见公式（A.2），

Zm,f表示除逆变器m外其他所有接入公共并网点逆变器的等效阻抗。Zg,f为频率为f时的系统等效阻抗。

ff

Zm,fim,hfZeq,f……Zm,fim,hfZeq,f’

等效

Zg,f

…

um,hfueq,hfum,hfueq,hf’

图A.2不同频段等效电路示意图

9

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Nu

uZ=if,h·····························································(A.2)

eq,hfeq,f∑

i=1Zif,

i≠m

式中：

Zeq,f——频率为f时除了逆变器i之外的N-1台逆变器等效阻抗；

ui,hf——频率为f时逆变器i的输出电压谐波；

Zi,f——频率为f时逆变器i的等效阻抗。

Zeq,f的计算见公式（A.3）

1

·································································(A.3)

Zeq,f=

N1

∑

i=1Zi,f

i≠m

当并网逆变器参数相同时，等效谐波源和等效阻抗可以进一步简化为公式（A.4）和公式（A.5）。

(.4)

uueq,hf=m,hf·····································································A

Z

Z=m,f·····································································(A.5)

eq,fN−1

如图A.2所示，将电网等效阻抗和N-1台逆变器的等效阻抗合并为Zeq,f’和ueq,hf’，其计算见公（A.6）

和公式（A.7）。

Z(NZ−1)

′g,fg,f···································(.6)

uueq,hf=mm,hf=u,hfA

Zm,fZ+−(NZ1)

+Zm,fg,f

N−1g,f

ZZm,f⋅g,f

ZZ⋅

′N−1m,fg,f···········································(.7)

Zeq,f==A

Zm,fZ+−(NZ1)

+Zm,fg,f

N−1g,f

则单台并网逆变器的输出谐波电流If用公式（A.8）、（A.9）、（A.10）计算得出。

u+θθu′Z++(11)(NZ−)

Iu=m,hfeq,hf=m,fg,f·································(A.8)

fm′,hfZ2+NZZ

ZZeq,f+m,fm,fm,fg,f

θθ(NZ−1)Z++(11)(NZ−)

′g,fm,fg,f(.9)

um,hf+θueq,hf=um,hf+=uumm,hf,hf·········A

Zm,f+−(NZ11)g,fZm,f+−(NZ)g,f

Z2+NZZ

′m,fm,fg,f(.10)

ZZeq,f+=m,f·················································A

Zm,f+−(NZ1)g,f

式中：

θ——谐波相位带来的叠加系数，其取值范围是-1～1。

由公式（A.10）可知，当并网逆变器数量是2时，谐波电流If的计算见公式（A.11）：

ZZ++(1θ)

=m,fg,f·····················································(.11)

Iufm,hf2A

Zm,f+2ZZm,fg,f

采集10秒的数据，通过提取其中谐波的最大值，理论上可获得θ=1所对应的谐波值，当θ为1时，可

简化为公式（A.12）。

u

m,hf(.9)

If=·······································································A

Zm,f

10

T/CPSS(L)2022—015

由此可得，当选择N=2时，所捕捉的最大值恰好等于单台逆变器单独接入理想电网的谐波值，进而

可利用该值评估多台逆变器接入电网后输出的超高次谐波电流值。

11

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附录B

（资料性）

配电网电能质量监测终端通信协议

B.1两台逆变器经电感接入电网。记录单台逆变器A相10s的波形见图B.1。

图B.110s数据波形图

B.2将10s的输出拆分为50组0.2s时长的波形数据见图B.2，并针对每组0.2s数据分别计算2

kHz～9kHz谐波和9kHz～150kHz谐波数据示意见表B.1。

表B.150组波形的谐波数据

序号2kHz～9kHz谐波9kHz～150kHz谐波

1（0s-0.2s的原始波形）35组谐波数据71组谐波数据

2（0.2s-0.4s的原始波形）35组谐波数据71组谐波数据

………………

50（9.8s-10.0s的原始波形）35组谐波数据71组谐波数据

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

051015

4

10

图B.250组谐波数据

B.3分别求取上述50组数据中各频段的最大值见图B.3，示意见表B.2。

12

T/CPSS(L)2022—015

表B.250组谐波数据的最大值

2kHz～9kHz谐波9kHz～150kHz谐波

最大值35组谐波数据71组谐波数据

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

051015

4

10

图B.350组谐波数据中的最大值

B.4并网逆变器开关频率为10kHz，分别由公式（B.1）和公式（B.2）求得奇数频段与偶数频段。

5~15kHz,25~35kHz,145~155kHz;··································(B.1)

15~25kHz,35~45kHz,135~145kHz;·································(B.2)

B.5根据奇、偶谐波段将表B.2中的谐波数据划分到奇次谐波频段和偶次谐波频段，如图B.4所示。

奇次频段偶次频段

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

051015

4

频率（Hz）10

图B.450组谐波数据

B.6基于公式（6）评估电流谐波畸变率的最大值。

13

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附录C

（规范性）

测试评估实例

C.1用测量装备测量并网逆变器A相电流，记录10s的波形：

图C.110s波形示意图

C.2将10s的输出拆分为50组0.2s时长的波形数据，并针对每组0.2s数据分别计算2kHz～9kHz

谐波和9kHz～150kHz谐波数据示意表见表C.1。

表C.150组波形的谐波数据

总谐波畸变率

序号2kHz～9kHz谐波9kHz～150kHz谐波

（THD）

1（0-0.2的原始波形）35组谐波数据71组谐波数据1

ssTHD

2（0.2-0.4的原始波形）35组谐波数据71组谐波数据2

ssTHD

……

50（9.8s-10.0s的原始波形）35组谐波数据71组谐波数据THD50

C.3各滑窗中波形的总谐波畸变率的最大值THDmax的计算见公式(C.1)

··············································(C.1)

THDmax=max(THDm)m=1，，50

14

T/CPSS(L)2022—015

并网逆变器超高次谐波评估方法

1范围

本文件规定了接入低压电网的单相或三相分布式发电系统（特别是连接到低压公共供电网络的逆

变器）的超高次谐波的计算方法、预测评估方法和测试评估方法等。

本文件适用于频率范围是2k