淺談電力諧波在電力計量中的(de)應用(yòng)及發展
發布時(shí)間：2015-05-20 09:00 來(lái)源：華電國威
諧波是電力系統中不能完全杜絕的(de)幹擾現象，諧波的(de)産生是電力系統中主要設備的(de)硬件因素引起的(de)，在不能避免的(de)情況下(xià)隻能通(tōng)過技術改進對(duì)其進行有限的(de)控制。因此諧波對(duì)電力計量也(yě)會産生實時(shí)的(de)影(yǐng)響，各種電器設備都會産生諧波并幹擾計量電表。
1 電力諧波的(de)産生和(hé)測量
1.1 電力諧波的(de)産生。電力系統中的(de)諧波産生主要有以下(xià)幾個(gè)方面的(de)原因：1）産生電力電源質量較差就容易産生諧波。發電機本身的(de)三相繞組在生産過程中不能做(zuò)到完全的(de)對(duì)稱，因此鐵芯也(yě)就不能完全的(de)均勻而一緻，再加上發電過程中的(de)幹擾因素，發電源多(duō)少都會産生部分(fēn)諧波，但總體來(lái)看，發電機諧波占有比例較小；2）輸電系統産生的(de)諧波，輸配電系統中所産生的(de)諧波主要是因爲變壓器而引發的(de)諧波。因爲變壓器的(de)鐵芯出現飽和(hé)，磁化(huà)曲線的(de)非線性，再加上設備變壓器時(shí)的(de)經濟性考慮，導緻變壓器工作磁密選擇在磁化(huà)曲線飽和(hé)段上，這(zhè)樣就使得(de)磁化(huà)電流出現非平滑線性特征，所以含有奇次諧波。工作中鐵芯的(de)飽和(hé)程度越大(dà)，變壓器的(de)工作點就越發偏離線性規律，諧波電流也(yě)就越強；3）用(yòng)電設備引發諧波，此種諧波的(de)産生主要是因爲晶體閘管整流設備引起。因爲晶體閘管在電力機車、鋁電解槽、充電設備、開關設備等方面有廣泛的(de)應用(yòng)，這(zhè)就給電力網絡的(de)諧波産生制造了(le)大(dà)量的(de)隐蔽源頭。如果整流裝置爲單相電流電路，在接感性負載的(de)時(shí)候，就會含有奇次諧波電流，而第三次諧波的(de)含量更是高(gāo)達基波的(de)30%；接容性負載的(de)時(shí)候則會出現諧波電壓，其中諧波含量則随著(zhe)電容的(de)增加而增大(dà)。實際測算(suàn)，因整流裝置而産生的(de)諧波占電力諧波的(de)40%，是最大(dà)的(de)諧波源。
1.2 諧波的(de)測量。要研究諧波就要對(duì)進行測量，在研究諧波問題的(de)時(shí)候這(zhè)時(shí)不可(kě)回避的(de)要點，也(yě)是控制諧波的(de)基礎。通(tōng)過對(duì)諧波的(de)測量，可(kě)對(duì)電力網絡中的(de)諧波進行實時(shí)的(de)檢測和(hé)控制，對(duì)其含量和(hé)方向進行掌握，以此分(fēn)析諧波的(de)流向，并對(duì)其進行計量正反電量、各次諧波含量、電壓電流幅值、相位等主要參數，爲電力網絡的(de)諧波治理(lǐ)和(hé)控制提供依據。因爲諧波本身具有非線性、随機性、不穩定、成因複雜(zá)等特性，對(duì)諧波的(de)測量很難達到準确無誤。目前電力諧波的(de)測量方式有：模拟帶通(tōng)或者帶阻濾波器測量、傅裏葉變換測量、瞬時(shí)無功測量、神經網絡測量、小波法測量等。這(zhè)些方法都有其有點和(hé)缺陷，目前使用(yòng)最爲廣泛的(de)是傅裏葉變換頻(pín)域分(fēn)析測量法。
2 諧波對(duì)電力計量的(de)影(yǐng)響
2.1 對(duì)電感電表的(de)影(yǐng)響。電感式的(de)電表工作主要是依靠磁感應來(lái)産生推動器件轉動的(de)力矩，從而完成計量的(de)。工作中電壓線圈所産生的(de)電流的(de)磁通(tōng)分(fēn)兩個(gè)部分(fēn)，一則穿過鋁盤而通(tōng)過回磁闆而形成工作磁通(tōng)，一側是不穿過鋁盤而是左右的(de)鐵轭形成分(fēn)工作磁通(tōng)。而電流線圈所産生的(de)磁通(tōng)則會兩次穿過鋁盤，并通(tōng)過電流組件而形成回路。因爲電壓線圈和(hé)電流線圈産生的(de)是交變磁通(tōng)，在不同的(de)位置穿過鋁盤，這(zhè)就在鋁盤上不同的(de)位置産生感應電流，此種電流與磁場(chǎng)産生相互作用(yòng)就推動了(le)鋁盤的(de)轉動，鋁盤轉動與負載有功功率是正比關系。電磁感應式的(de)電表設計是以基波爲設計基礎的(de)，因諧波和(hé)基波疊加所産生的(de)電壓和(hé)電流是一種畸變狀态，其可(kě)以導緻電感式電表的(de)誤差率特性曲線出現迅速的(de)下(xià)降，因此在電量計量中會對(duì)電表的(de)準确性産生較大(dà)的(de)影(yǐng)響。
2.2 對(duì)電子式電表的(de)影(yǐng)響。與感應式電表的(de)相比，電子式的(de)電表計量誤差已經相對(duì)于頻(pín)率變化(huà)有所減小。而以基波計量爲标準的(de)時(shí)候，電子式電表計量的(de)誤差要比感應式電表的(de)誤差還(hái)大(dà)，這(zhè)時(shí)因爲其制作的(de)原理(lǐ)來(lái)決定的(de)，電表進行采用(yòng)的(de)方式是：A/D采用(yòng)-乘法器-處理(lǐ)器-顯示輸出，設備是按照(zhào)正弦50Hz在不超過國家标準的(de)情況下(xià)進行工作的(de)。按照(zhào)電子式電表的(de)檢定規則，電子式電表的(de)電流、電壓所允許的(de)失真的(de)正弦波是在一定的(de)範圍内的(de)，而多(duō)次諧波将導緻整個(gè)波形計量的(de)超限，産生失真引發乘法器誤差。
3 諧波在計量中的(de)應用(yòng)和(hé)發展
3.1 諧波對(duì)計量的(de)應用(yòng)。在諧波存在的(de)情況下(xià)，諧波作用(yòng)下(xià)的(de)電能計量有三種方式：1）促進了(le)電表功率反應性能的(de)提高(gāo)，實際上就是讓電表盡量的(de)反應出實際的(de)功率，即基波和(hé)諧波所形成的(de)綜合功率，就是一種全能量的(de)計量方式；2）對(duì)諧波進行過濾和(hé)忽視，即增加電表的(de)抗幹擾能力，隻對(duì)基波進行功率測量，也(yě)就是一種純基波的(de)計量方式；3）利用(yòng)電表對(duì)基波和(hé)諧波的(de)功率進行分(fēn)辨和(hé)區(qū)别計量，此種方式也(yě)可(kě)以看做(zuò)是諧波電能計量的(de)方式。此種方式随著(zhe)技術手段和(hé)計費标準的(de)改進将成爲電能計量的(de)一個(gè)趨勢。
3.2 諧波計量的(de)發展。在我國的(de)電力計量中使用(yòng)的(de)是全能量的(de)計量，這(zhè)種計量方式中當基波電流穩定的(de)時(shí)候，計量較爲準确可(kě)靠，但是系統中一旦出現諧波幹擾，且超過了(le)計量設備允許的(de)範圍時(shí)，全能量的(de)計量表就會失去作用(yòng)，誤差增加。因此，将諧波和(hé)基波隔離開，并實現分(fēn)别計量将成爲未來(lái)電力計量的(de)發展趨勢。也(yě)就是在研制中建立簡化(huà)的(de)電力系統，将諧波影(yǐng)響下(xià)德爾計量誤差進行模型化(huà)的(de)處理(lǐ)，并以此确定基波線性模型和(hé)諧波作用(yòng)下(xià)的(de)非線性模型，這(zhè)樣就可(kě)以将二者區(qū)别開來(lái)，以此對(duì)諧波作用(yòng)下(xià)的(de)有效電流值進行計量，這(zhè)樣就可(kě)以實現對(duì)有效諧波計量的(de)目标。
3.3 諧波電表的(de)發展。目前針對(duì)諧波的(de)幹擾，技術人(rén)員(yuán)已經研制出了(le)諧波電表，專門對(duì)諧波用(yòng)戶進行計量。但是因爲諧波電量的(de)收費标準沒有形成，所以此種諧波電表的(de)應用(yòng)還(hái)需要時(shí)間。但是此種諧波電表在試驗中卻現實了(le)突出的(de)優點。
諧波電表完全可(kě)以消除感應式電表中因爲機械運轉、器件失靈、傾斜度增加等造成的(de)計量失真。此種全電子是電能表的(de)研發，是在原有單片機的(de)基礎上發展而來(lái)的(de)，采用(yòng)大(dà)容量芯片，漢字點陣字庫、A/D結合DSP結合CPU的(de)形式，不斷完善獨立計算(suàn)和(hé)計量的(de)專用(yòng)芯片，從而拓展了(le)大(dà)量程、寬量限的(de)電表，由此實現了(le)對(duì)諧波和(hé)基波的(de)進行分(fēn)别測量而區(qū)别計量的(de)能力，這(zhè)樣電表就具備了(le)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(de)改進電子式電表具有更加寬的(de)頻(pín)率響應，誤差頻(pín)率特性曲線将更加的(de)平直，所以在諧波存在的(de)情況下(xià)，新型的(de)電子電表的(de)誤差即将遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感應式電子電表，并可(kě)以實現基波和(hé)諧波分(fēn)别計量的(de)目的(de)。
4 結束語
總之，任何事物(wù)都有其存在的(de)價值，電力諧波的(de)産生是不可(kě)避免的(de)，也(yě)給電力計量帶來(lái)了(le)發展的(de)動力。目前投入到電力網絡中的(de)非線性載荷日益增加，其産生的(de)諧波總量也(yě)越來(lái)越大(dà)，由諧波引起的(de)電壓電流畸變則直接對(duì)電力計量産生的(de)負面的(de)影(yǐng)響，導緻計量失真或者損失。因此研制更加精确而靈敏的(de)諧波計量電表就成爲來(lái)了(le)電力計量技術的(de)發展方向，進而實現對(duì)有效諧波和(hé)基波共同計量的(de)目标。華電國威電氣生産的(de)電能質量分(fēn)析儀，諧波分(fēn)析儀，用(yòng)電檢查儀等計量設備，爲保障電力系統更好的(de)運行提供了(le)有力保障。
