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淺談電力諧波在電力計量中的應(yīng)用及發(fā)展
諧波是電力系統(tǒng)中不能*杜絕的干擾現(xiàn)象，諧波的產(chǎn)生是電力系統(tǒng)中主要設(shè)備的硬件因素引起的，在不能避免的情況下只能通過技術(shù)改進(jìn)對其進(jìn)行有限的控制。因此諧波對電力計量也會產(chǎn)生實時的影響，各種電器設(shè)備都會產(chǎn)生諧波并干擾計量電表。
1 電力諧波的產(chǎn)生和測量
1.1 電力諧波的產(chǎn)生。電力系統(tǒng)中的諧波產(chǎn)生主要有以下幾個方面的原因：1）產(chǎn)生電力電源質(zhì)量較差就容易產(chǎn)生諧波。發(fā)電機本身的三相繞組在生產(chǎn)過程中不能做到*的對稱，因此鐵芯也就不能*的均勻而一致，再加上發(fā)電過程中的干擾因素，發(fā)電源多少都會產(chǎn)生部分諧波，但總體來看，發(fā)電機諧波占有比例較??；2）輸電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波，輸配電系統(tǒng)中所產(chǎn)生的諧波主要是因為變壓器而引發(fā)的諧波。因為變壓器的鐵芯出現(xiàn)飽和，磁化曲線的非線性，再加上設(shè)備變壓器時的經(jīng)濟性考慮，導(dǎo)致變壓器工作磁密選擇在磁化曲線飽和段上，這樣就使得磁化電流出現(xiàn)非平滑線性特征，所以含有奇次諧波。工作中鐵芯的飽和程度越大，變壓器的工作點就越發(fā)偏離線性規(guī)律，諧波電流也就越強；3）用電設(shè)備引發(fā)諧波，此種諧波的產(chǎn)生主要是因為晶體閘管整流設(shè)備引起。因為晶體閘管在電力機車、鋁電解槽、充電設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等方面有廣泛的應(yīng)用，這就給電力網(wǎng)絡(luò)的諧波產(chǎn)生制造了大量的隱蔽源頭。如果整流裝置為單相電流電路，在接感性負(fù)載的時候，就會含有奇次諧波電流，而第三次諧波的含量更是高達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載的時候則會出現(xiàn)諧波電壓，其中諧波含量則隨著電容的增加而增大。實際測算，因整流裝置而產(chǎn)生的諧波占電力諧波的40%，是大的諧波源。
1.2 諧波的測量。要研究諧波就要對進(jìn)行測量，在研究諧波問題的時候這時不可回避的要點，也是控制諧波的基礎(chǔ)。通過對諧波的測量，可對電力網(wǎng)絡(luò)中的諧波進(jìn)行實時的檢測和控制，對其含量和方向進(jìn)行掌握，以此分析諧波的流向，并對其進(jìn)行計量正反電量、各次諧波含量、電壓電流幅值、相位等主要參數(shù)，為電力網(wǎng)絡(luò)的諧波治理和控制提供依據(jù)。因為諧波本身具有非線性、隨機性、不穩(wěn)定、成因復(fù)雜等特性，對諧波的測量很難達(dá)到準(zhǔn)確無誤。目前電力諧波的測量方式有：模擬帶通或者帶阻濾波器測量、傅里葉變換測量、瞬時無功測量、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測量、小波法測量等。這些方法都有其有點和缺陷，目前使用為廣泛的是傅里葉變換頻域分析測量法。
2 諧波對電力計量的影響
2.1 對電感電表的影響。電感式的電表工作主要是依靠磁感應(yīng)來產(chǎn)生推動器件轉(zhuǎn)動的力矩，從而完成計量的。工作中電壓線圈所產(chǎn)生的電流的磁通分兩個部分，一則穿過鋁盤而通過回磁板而形成工作磁通，一側(cè)是不穿過鋁盤而是左右的鐵軛形成分工作磁通。而電流線圈所產(chǎn)生的磁通則會兩次穿過鋁盤，并通過電流組件而形成回路。因為電壓線圈和電流線圈產(chǎn)生的是交變磁通，在不同的位置穿過鋁盤，這就在鋁盤上不同的位置產(chǎn)生感應(yīng)電流，此種電流與磁場產(chǎn)生相互作用就推動了鋁盤的轉(zhuǎn)動，鋁盤轉(zhuǎn)動與負(fù)載有功功率是正比關(guān)系。電磁感應(yīng)式的電表設(shè)計是以基波為設(shè)計基礎(chǔ)的，因諧波和基波疊加所產(chǎn)生的電壓和電流是一種畸變狀態(tài)，其可以導(dǎo)致電感式電表的誤差率特性曲線出現(xiàn)迅速的下降，因此在電量計量中會對電表的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。
2.2 對電子式電表的影響。與感應(yīng)式電表的相比，電子式的電表計量誤差已經(jīng)相對于頻率變化有所減小。而以基波計量為標(biāo)準(zhǔn)的時候，電子式電表計量的誤差要比感應(yīng)式電表的誤差還大，這時因為其制作的原理來決定的，電表進(jìn)行采用的方式是：A/D采用-乘法器-處理器-顯示輸出，設(shè)備是按照正弦50Hz在不超過國家標(biāo)準(zhǔn)的情況下進(jìn)行工作的。按照電子式電表的檢定規(guī)則，電子式電表的電流、電壓所允許的失真的正弦波是在一定的范圍內(nèi)的，而多次諧波將導(dǎo)致整個波形計量的超限，產(chǎn)生失真引發(fā)乘法器誤差。
3 諧波在計量中的應(yīng)用和發(fā)展
3.1 諧波對計量的應(yīng)用。在諧波存在的情況下，諧波作用下的電能計量有三種方式：1）促進(jìn)了電表功率反應(yīng)性能的提高，實際上就是讓電表盡量的反應(yīng)出實際的功率，即基波和諧波所形成的綜合功率，就是一種量的計量方式；2）對諧波進(jìn)行過濾和忽視，即增加電表的抗干擾能力，只對基波進(jìn)行功率測量，也就是一種純基波的計量方式；3）利用電表對基波和諧波的功率進(jìn)行分辨和區(qū)別計量，此種方式也可以看做是諧波電能計量的方式。此種方式隨著技術(shù)手段和計費標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)將成為電能計量的一個趨勢。
3.2 諧波計量的發(fā)展。在我國的電力計量中使用的是量的計量，這種計量方式中當(dāng)基波電流穩(wěn)定的時候，計量較為準(zhǔn)確可靠，但是系統(tǒng)中一旦出現(xiàn)諧波干擾，且超過了計量設(shè)備允許的范圍時，量的計量表就會失去作用，誤差增加。因此，將諧波和基波隔離開，并實現(xiàn)分別計量將成為未來電力計量的發(fā)展趨勢。也就是在研制中建立簡化的電力系統(tǒng)，將諧波影響下德爾計量誤差進(jìn)行模型化的處理，并以此確定基波線性模型和諧波作用下的非線性模型，這樣就可以將二者區(qū)別開來，以此對諧波作用下的有效電流值進(jìn)行計量，這樣就可以實現(xiàn)對有效諧波計量的目標(biāo)。
3.3 諧波電表的發(fā)展。目前針對諧波的干擾，技術(shù)人員已經(jīng)研制出了諧波電表，專門對諧波用戶進(jìn)行計量。但是因為諧波電量的收費標(biāo)準(zhǔn)沒有形成，所以此種諧波電表的應(yīng)用還需要時間。但是此種諧波電表在試驗中卻現(xiàn)實了突出的優(yōu)點。
諧波電表*可以消除感應(yīng)式電表中因為機械運轉(zhuǎn)、器件失靈、傾斜度增加等造成的計量失真。此種全電子是電能表的研發(fā)，是在原有單片機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，采用大容量芯片，漢字點陣字庫、A/D結(jié)合DSP結(jié)合CPU的形式，不斷完善獨立計算和計量的芯片，從而拓展了大量程、寬量限的電表，由此實現(xiàn)了對諧波和基波的進(jìn)行分別測量而區(qū)別計量的能力，這樣電表就具備了計量基波有功電能、基波無功電能、實際消耗電能、總電能等。全新的改進(jìn)電子式電表具有更加寬的頻率響應(yīng)，誤差頻率特性曲線將更加的平直，所以在諧波存在的情況下，新型的電子電表的誤差即將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感應(yīng)式電子電表，并可以實現(xiàn)基波和諧波分別計量的目的。
4 結(jié)束語
總之，任何事物都有其存在的價值，電力諧波的產(chǎn)生是不可避免的，也給電力計量帶來了發(fā)展的動力。目前投入到電力網(wǎng)絡(luò)中的非線性載荷日益增加，其產(chǎn)生的諧波總量也越來越大，由諧波引起的電壓電流畸變則直接對電力計量產(chǎn)生的負(fù)面的影響，導(dǎo)致計量失真或者損失。因此研制更加而靈敏的諧波計量電表就成為來了電力計量技術(shù)的發(fā)展方向，進(jìn)而實現(xiàn)對有效諧波和基波共同計量的目標(biāo)。