淺談電力諧波在電力計量中的應用及發(fā)展論文
論文關(guān)鍵詞：諧波 諧波干擾 電力計量 發(fā)展改進(jìn)
論文摘要：諧波是電力系統中不能完全杜絕的干擾現象，諧波的產(chǎn)生是電力系統中主要設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)對其進(jìn)行有限的控制。因此諧波對電力計量也會(huì )產(chǎn)生實(shí)時(shí)的影響，各種電器設備都會(huì )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)電機本身的三相繞組在生產(chǎn)過(guò)程中不能做到完全的對稱(chēng)，因此鐵芯也就不能完全的均勻而一致，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)電機諧波占有比例較��；
2）輸電系統產(chǎn)生的諧波，輸配電系統中所產(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飽和，磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性，再加上設備變壓器時(shí)的經(jīng)濟性考慮，導致變壓器工作磁密選擇在磁化曲線(xiàn)飽和段上，這樣就使得磁化電流出現非平滑線(xiàn)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(xiàn)性規律，諧波電流也就越強；
3）用電設備引發(fā)諧波，此種諧波的產(chǎn)生主要是因為晶體閘管整流設備引起。因為晶體閘管在電力機車(chē)、鋁電解槽、充電設備、開(kāi)關(guān)設備等方面有廣泛的應用，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基波的30%；接容性負載的時(shí)候則會(huì )出現諧波電壓，其中諧波含量則隨著(zhù)電容的增加而增大。實(shí)際測算，因整流裝置而產(chǎn)生的諧波占電力諧波的40%，是最大的諧波源。
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(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。通過(guò)對諧波的測量，可對電力網(wǎng)絡(luò )中的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)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，為電力網(wǎng)絡(luò )的諧波治理和控制提供依據。因為諧波本身具有非線(xiàn)性、隨機性、不穩定、成因復雜等特性，對諧波的測量很難達到準確無(wú)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(shí)無(wú)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(diǎn)和缺陷，目前使用最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來(lái)產(chǎn)生推動(dòng)器件轉動(dòng)的力矩，從而完成計量的。工作中電壓線(xiàn)圈所產(chǎn)生的電流的磁通分兩個(gè)部分，一則穿過(guò)鋁盤(pán)而通過(guò)回磁板而形成工作磁通，一側是不穿過(guò)鋁盤(pán)而是左右的鐵軛形成分工作磁通。而電流線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁通則會(huì )兩次穿過(guò)鋁盤(pán)，并通過(guò)電流組件而形成回路。因為電壓線(xiàn)圈和電流線(xiàn)圈產(chǎn)生的是交變磁通，在不同的位置穿過(guò)鋁盤(pán)，這就在鋁盤(pán)上不同的位置產(chǎn)生感應電流，此種電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用就推動(dòng)了鋁盤(pán)的轉動(dòng)，鋁盤(pán)轉動(dòng)與負載有功功率是正比關(guān)系。電磁感應式的電表設計是以基波為設計基礎的，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)，其可以導致電感式電表的誤差率特性曲線(xiàn)出現迅速的下降，因此在電量計量中會(huì )對電表的準確性產(chǎn)生較大的影響。
2.2對電子式電表的影響。與感應式電表的相比，電子式的電表計量誤差已經(jīng)相對于頻率變化有所減小。而以基波計量為標準的時(shí)候，電子式電表計量的誤差要比感應式電表的誤差還大，這時(shí)因為其制作的原理來(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，設備是按照正弦50Hz在不超過(guò)國家標準的情況下進(jìn)行工作的。按照電子式電表的檢定規則，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的，而多次諧波將導致整個(gè)波形計量的超限，產(chǎn)生失真引發(fā)乘法器誤差。
3諧波在計量中的應用和發(fā)展
3.1諧波對計量的應用。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)了電表功率反應性能的提高，實(shí)際上就是讓電表盡量的反應出實(shí)際的功率，即基波和諧波所形成的綜合功率，就是一種全能量的計量方式；
2）對諧波進(jìn)行過(guò)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(zhù)技術(shù)手段和計費標準的改進(jìn)將成為電能計量的一個(gè)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全能量的計量，這種計量方式中當基波電流穩定的時(shí)候，計量較為準確可靠，但是系統中一旦出現諧波干擾，且超過(guò)了計量設備允許的范圍時(shí)，全能量的計量表就會(huì )失去作用，誤差增加。因此，將諧波和基波隔離開(kāi)，并實(shí)現分別計量將成為未來(lái)電力計量的發(fā)展趨勢。也就是在研制中建立簡(jiǎn)化的電力系統，將諧波影響下德?tīng)栍嬃空`差進(jìn)行模型化的處理，并以此確定基波線(xiàn)性模型和諧波作用下的非線(xiàn)性模型，這樣就可以將二者區別開(kāi)來(lái)，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(shí)現對有效諧波計量的目標。
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(zhuān)門(mén)對諧波用戶(hù)進(jìn)行計量。但是因為諧波電量的收費標準沒(méi)有形成，所以此種諧波電表的應用還需要時(shí)間。但是此種諧波電表在試驗中卻現實(shí)了突出的優(yōu)點(diǎn)。
諧波電表完全可以消除感應式電表中因為機械運轉、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上發(fā)展而來(lái)的，采用大容量芯片，漢字點(diǎn)陣字庫、A/D結合DSP結合CPU的形式，不斷完善獨立計算和計量的專(zhuān)用芯片，從而拓展了大量程、寬量限的電表，由此實(shí)現了對諧波和基波的進(jìn)行分別測量而區別計量的能力，這樣電表就具備了計量基波有功電能、基波無(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，誤差頻率特性曲線(xiàn)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遠小于感應式電子電表，并可以實(shí)現基波和諧波分別計量的目的。
4結束語(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(xiàn)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電力計量產(chǎn)生的負面的影響，導致計量失真或者損失。因此研制更加精確而靈敏的諧波計量電表就成為來(lái)了電力計量技術(shù)的發(fā)展方向，進(jìn)而實(shí)現對有效諧波和基波共同計量的目標。
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