淺談電力諧波在電力計量中的應用及發展
論文關鍵詞： 諧波 諧波干擾 電力計量 發展改進
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技術改進對其進行有限的控制。因此諧波對電力計量也會產生實時的影響，各種電器設備都會產生諧波并干擾計量電表。
1 電力諧波的產生和測量
1.1 電力諧波的產生。電力系統中的諧波產生主要有以下幾個方面的原因：1）產生電力電源質量較差就容易產生諧波。發電機本身的三相繞組在生產過程中不能做到完全的對稱，因此鐵芯也就不能完全的均勻而一致，再加上發電過程中的干擾因素，發電源多少都會產生部分諧波，但總體來看，發電機諧波占有比例較小；2）輸電系統產生的諧波，輸配電系統中所產生的諧波主要是因為變壓器而引發的諧波。因為變壓器的鐵芯出現飽和，磁化曲線的非線性，再加上設備變壓器時的經濟性考慮，導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偏離線性規律，諧波電流也就越強；3）用電設備引發諧波，此種諧波的產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、鋁電解槽、充電設備、開關設備等方面有廣泛的應用，這就給電力網絡的諧波產生制造了大量的隱蔽源頭。如果整流裝置為單相電流電路，在接感性負載的時候，就會含有奇次諧波電流，而第三次諧波的含量更是高達基波的30%；接容性負載的時候則會出現諧波電壓，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。通過對諧波的測量，可對電力網絡中的諧波進行實時的檢測和控制，對其含量和方向進行掌握，以此分析諧波的流向，并對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，為電力網絡的諧波治理和控制提供依據。因為諧波本身具有非線性、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、神經網絡測量、小波法測量等。這些方法都有其有點和缺陷，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產生推動器件轉動的力矩，從而完成計量的。工作中電壓線圈所產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生感應電流，此種電流與磁場產生相互作用就推動了鋁盤的轉動，鋁盤轉動與負載有功功率是正比關系。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生的電壓和電流是一種畸變狀態，其可以導致電感式電表的誤差率特性曲線出現迅速的下降，因此在電量計量中會對電表的準確性產生較大的影響。
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相對于頻率變化有所減小。而以基波計量為標準的時候，電子式電表計量的誤差要比感應式電表的誤差還大，這時因為其制作的原理來決定的，電表進行采用的方式是：A/D采用-乘法器-處理器-顯示輸出，設備是按照正弦50Hz在不超過國家標準的情況下進行工作的。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波形計量的超限，產生失真引發乘法器誤差。
3 諧波在計量中的應用和發展
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）促進了電表功率反應性能的提高，實際上就是讓電表盡量的反應出實際的功率，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）對諧波進行過濾和忽視，即增加電表的抗干擾能力，只對基波進行功率測量，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。此種方式隨著技術手段和計費標準的改進將成為電能計量的一個趨勢。
3.2 諧波計量的發展。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，且超過了計量設備允許的范圍時，全能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，并實現分別計量將成為未來電力計量的發展趨勢。也就是在研制中建立簡化的電力系統，將諧波影響下德爾計量誤差進行模型化的處理，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別開來，以此對諧波作用下的有效電流值進行計量，這樣就可以實現對有效諧波計量的目標。
3.3 諧波電表的發展。目前針對諧波的干擾，技術人員已經研制出了諧波電表，專門對諧波用戶進行計量。但是因為諧波電量的收費標準沒有形成，所以此種諧波電表的應用還需要時間。但是此種諧波電表在試驗中卻現實了突出的優點。
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，是在原有單片機的基礎上發展而來的，采用大容量芯片，漢字點陣字庫、A/D結合DSP結合CPU的形式，不斷完善獨立計算和計量的專用芯片，從而拓展了大量程、寬量限的電表，由此實現了對諧波和基波的進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、基波無功電能、實際消耗電能、總電能等。全新的改進電子式電表具有更加寬的頻率響應，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遠小于感應式電子電表，并可以實現基波和諧波分別計量的目的。
4 結束語
總之，任何事物都有其存在的價值，電力諧波的產生是不可避免的，也給電力計量帶來了發展的動力。目前投入到電力網絡中的非線性載荷日益增加，其產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了電力計量技術的發展方向，進而實現對有效諧波和基波共同計量的目標。
參考文獻：
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