電力諧波在電力計量中的應(yīng)用和發(fā)展

吳西安

（新疆阿克蘇溫宿質(zhì)量與計量檢測所，新疆 溫宿 843000）

1 電力諧波的產(chǎn)生和測量

1.1 電力諧波的產(chǎn)生

發(fā)生諧波現(xiàn)象可從幾種因素進行討論：首先，質(zhì)量越好的電源出現(xiàn)此情況的幾率就越小，如果想要消除諧波現(xiàn)象的物理前提是鐵芯位置和間距在幾何上完全完美。實際上這是不可能發(fā)生的，另外發(fā)電過程不是完全真空的，也不可能沒有消極因素存在，多好的機器都會存在諧波，只是量多量少的問題?？偟膩碚f這部分的諧波不算太多。其次，變壓設(shè)備對也是諧波產(chǎn)生的場所之一。在設(shè)備中的鐵芯過電量達(dá)到上限，并且電流路線不是平滑的。對于節(jié)省開銷的考慮，所以變壓設(shè)備的工作磁是直接處于飽和位置上的，通過磁場的電流因此不會平穩(wěn)均勻，鐵芯的飽和程度與諧波產(chǎn)生的程度是成正相關(guān)的，這有一定的規(guī)律，是飽和度引起工作點的變化進而引起諧波的強度，前者越強，后者被引起也越強。再次，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(chǔ)。通過對諧波的測量，可對電力網(wǎng)絡(luò)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(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(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

有諧波的時候，可以造成電能儀器的三種變化，第一，能夠提高電表工作的準(zhǔn)確度，就是反應(yīng)值和實際值相當(dāng)，如此看來，可得知諧波和基波的功能相加起來的效果可以被看成是計量手段的一種；第二，突出基波的作用而削弱諧波能夠產(chǎn)生的作用，從電表性能下手，改變其抵抗諧波的能力。第三，利用諧波與基波的若干性質(zhì)不同來區(qū)分接受，這種方法可單獨應(yīng)用于諧波的測量，隨著時間的發(fā)展，它與實際金錢之間的轉(zhuǎn)化方法將有新的發(fā)展。

3.2 諧波計量的發(fā)展

只看國內(nèi)的計量方式的話，主要在應(yīng)用的還是全能量的方法。這種計量手段適用的范圍僅為基波平穩(wěn)之時，在此范圍內(nèi)的效果可以得到認(rèn)可。但不能抵抗半點諧波影響。一旦不在這個適用范圍之內(nèi)計量數(shù)據(jù)將不再有效。實現(xiàn)雙向波的分別計量是電表功能更強大，效率更高超的表現(xiàn)，因為兩種波的模型是不一樣的，通過不同的處理之后分別接受和計量是有可能的，而計量的主要目標(biāo)是對于諧波的，因為諧波的干擾作用，對于它的測量能夠中和誤差的產(chǎn)生，得到有效的最終數(shù)據(jù)。

3.3 諧波電表的發(fā)展

實際上已經(jīng)出現(xiàn)了關(guān)于諧波干擾的抗性設(shè)備儀表，能夠特定應(yīng)用在有諧波的地方，不過，由于收費準(zhǔn)則尚未統(tǒng)一起來，沒有確定的價格，因此尚不能大范圍采用，但這不影響此儀表的性能優(yōu)勢帶給人們的啟發(fā)，它的抗諧波意義是巨大的。它的功能體現(xiàn)在有可能實現(xiàn)由機器運行，零件失效，平衡度被破壞造成的計量數(shù)據(jù)失效狀況為零。這種電表起源就是電能表，通過更精細(xì)的技術(shù)加工而得到。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專用芯片，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，所以對于有諧波存在的環(huán)境中，新式的電表即使有誤差的存在，比起從前的感應(yīng)式儀器來說，也是相當(dāng)微弱的。而且在兩種波的區(qū)分測量上效果很好。

結(jié)語

諧波的存在在最初實際上是起負(fù)作用的。但是，它從相反角度推進了電表計量事業(yè)向著更全面更高級的方向發(fā)展，并引發(fā)了新的技術(shù)發(fā)現(xiàn)，這也許是諧波存在的意義所在，目前，諧波的數(shù)量和能量由于使用功率和使用者的數(shù)量在增加，由此產(chǎn)生的電流畸變所具有的阻力也在上升，這也推進了電表研究事業(yè)面臨更加需要抉擇的時期，對于功能強和精度高的設(shè)備有了更新的要求。對諧波的處理工藝是符合大的發(fā)展方向的，各單位人員應(yīng)當(dāng)積極配合，找到更加完整的處理方法并且將收費落到實處，找到適合我國國情的電表計量技術(shù)。

[1]李育才、李明姝，諧波電能計量技術(shù)的應(yīng)用[J].吉林電力，2010（05）.

[2]李開周，電能計量中電能質(zhì)量問題與諧波的影響探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（21）.