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淺談電力諧波在電力計(jì)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(guò)技術(shù)改進(jìn)對(duì)其進(jìn)行有限的控制。因此諧波對(duì)電力計(jì)量也會(huì)產(chǎn)生實(shí)時(shí)的影響，各種電器設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生諧波并干擾計(jì)量電表。
1 電力諧波的產(chǎn)生和測(cè)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(gè)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(jī)本身的三相繞組在生產(chǎn)過(guò)程中不能做到*的對(duì)稱，因此鐵芯也就不能*的均勻而一致，再加上發(fā)電過(guò)程中的干擾因素，發(fā)電源多少都會(huì)產(chǎn)生部分諧波，但總體來(lái)看，發(fā)電機(jī)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?yàn)樽儔浩鞫l(fā)的諧波。因?yàn)樽儔浩鞯蔫F芯出現(xiàn)飽和，磁化曲線的非線性，再加上設(shè)備變壓器時(shí)的經(jīng)濟(jì)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(diǎn)就越發(fā)偏離線性規(guī)律，諧波電流也就越強(qiáng)；3）用電設(shè)備引發(fā)諧波，此種諧波的產(chǎn)生主要是因?yàn)榫w閘管整流設(shè)備引起。因?yàn)榫w閘管在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電設(shè)備、開(kāi)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(shí)候，就會(huì)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(shí)候則會(huì)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(shí)際測(cè)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(cè)量。要研究諧波就要對(duì)進(jìn)行測(cè)量，在研究諧波問(wèn)題的時(shí)候這時(shí)不可回避的要點(diǎn)，也是控制諧波的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)諧波的測(cè)量，可對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)中的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和控制，對(duì)其含量和方向進(jìn)行掌握，以此分析諧波的流向，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)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?yàn)橹C波本身具有非線性、隨機(jī)性、不穩(wěn)定、成因復(fù)雜等特性，對(duì)諧波的測(cè)量很難達(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤。目前電力諧波的測(cè)量方式有：模擬帶通或者帶阻濾波器測(cè)量、傅里葉變換測(cè)量、瞬時(shí)無(wú)功測(cè)量、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量、小波法測(cè)量等。這些方法都有其有點(diǎn)和缺陷，目前使用為廣泛的是傅里葉變換頻域分析測(cè)量法。
2 諧波對(duì)電力計(jì)量的影響
2.1 對(duì)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(lái)產(chǎn)生推動(dòng)器件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，從而完成計(jì)量的。工作中電壓線圈所產(chǎn)生的電流的磁通分兩個(gè)部分，一則穿過(guò)鋁盤而通過(guò)回磁板而形成工作磁通，一側(cè)是不穿過(guò)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(huì)兩次穿過(guò)鋁盤，并通過(guò)電流組件而形成回路。因?yàn)殡妷壕€圈和電流線圈產(chǎn)生的是交變磁通，在不同的位置穿過(guò)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(chǎng)產(chǎn)生相互作用就推動(dòng)了鋁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)是以基波為設(shè)計(jì)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(jì)量中會(huì)對(duì)電表的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。
2.2 對(duì)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(jì)量誤差已經(jīng)相對(duì)于頻率變化有所減小。而以基波計(jì)量為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，電子式電表計(jì)量的誤差要比感應(yīng)式電表的誤差還大，這時(shí)因?yàn)槠渲谱鞯脑韥?lái)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(guò)國(guó)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(gè)波形計(jì)量的超限，產(chǎn)生失真引發(fā)乘法器誤差。
3 諧波在計(jì)量中的應(yīng)用和發(fā)展
3.1 諧波對(duì)計(jì)量的應(yīng)用。在諧波存在的情況下，諧波作用下的電能計(jì)量有三種方式：1）促進(jìn)了電表功率反應(yīng)性能的提高，實(shí)際上就是讓電表盡量的反應(yīng)出實(shí)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(jì)量方式；2）對(duì)諧波進(jìn)行過(guò)濾和忽視，即增加電表的抗干擾能力，只對(duì)基波進(jìn)行功率測(cè)量，也就是一種純基波的計(jì)量方式；3）利用電表對(duì)基波和諧波的功率進(jìn)行分辨和區(qū)別計(jì)量，此種方式也可以看做是諧波電能計(jì)量的方式。此種方式隨著技術(shù)手段和計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)將成為電能計(jì)量的一個(gè)趨勢(shì)。
3.2 諧波計(jì)量的發(fā)展。在我國(guó)的電力計(jì)量中使用的是量的計(jì)量，這種計(jì)量方式中當(dāng)基波電流穩(wěn)定的時(shí)候，計(jì)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(guò)了計(jì)量設(shè)備允許的范圍時(shí)，量的計(jì)量表就會(huì)失去作用，誤差增加。因此，將諧波和基波隔離開(kāi)，并實(shí)現(xiàn)分別計(jì)量將成為未來(lái)電力計(jì)量的發(fā)展趨勢(shì)。也就是在研制中建立簡(jiǎn)化的電力系統(tǒng)，將諧波影響下德?tīng)栍?jì)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(kāi)來(lái)，以此對(duì)諧波作用下的有效電流值進(jìn)行計(jì)量，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有效諧波計(jì)量的目標(biāo)。
3.3 諧波電表的發(fā)展。目前針對(duì)諧波的干擾，技術(shù)人員已經(jīng)研制出了諧波電表，專門對(duì)諧波用戶進(jìn)行計(jì)量。但是因?yàn)橹C波電量的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有形成，所以此種諧波電表的應(yīng)用還需要時(shí)間。但是此種諧波電表在試驗(yàn)中卻現(xiàn)實(shí)了突出的優(yōu)點(diǎn)。
諧波電表*可以消除感應(yīng)式電表中因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、器件失靈、傾斜度增加等造成的計(jì)量失真。此種全電子是電能表的研發(fā)，是在原有單片機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，采用大容量芯片，漢字點(diǎn)陣字庫(kù)、A/D結(jié)合DSP結(jié)合CPU的形式，不斷完善獨(dú)立計(jì)算和計(jì)量的芯片，從而拓展了大量程、寬量限的電表，由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)諧波和基波的進(jìn)行分別測(cè)量而區(qū)別計(jì)量的能力，這樣電表就具備了計(jì)量基波有功電能、基波無(wú)功電能、實(shí)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(shí)現(xiàn)基波和諧波分別計(jì)量的目的。
4 結(jié)束語(yǔ)
總之，任何事物都有其存在的價(jià)值，電力諧波的產(chǎn)生是不可避免的，也給電力計(jì)量帶來(lái)了發(fā)展的動(dòng)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(lái)越大，由諧波引起的電壓電流畸變則直接對(duì)電力計(jì)量產(chǎn)生的負(fù)面的影響，導(dǎo)致計(jì)量失真或者損失。因此研制更加而靈敏的諧波計(jì)量電表就成為來(lái)了電力計(jì)量技術(shù)的發(fā)展方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)有效諧波和基波共同計(jì)量的目標(biāo)。