電力諧波自身技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)在電力計(jì)量中的應(yīng)用芻議

葉向明

[摘要]電力諧波作為電力系統(tǒng)不可避免的干擾現(xiàn)象，由于電力系統(tǒng)硬件特點(diǎn)，在不可避免的情況下，必須對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。在異常頻率影響下，電力系統(tǒng)頻率異變和基波電流、電壓具有直接關(guān)系，從而對用電設(shè)備以及供電系統(tǒng)正常使用。本文結(jié)合我國電力諧波自身技術(shù)發(fā)展改進(jìn)在電力計(jì)量中應(yīng)用，對電力諧波測量、諧波對電力計(jì)算的影響以及應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行了簡要的探究和闡述。

[關(guān)鍵詞]電力諧波；自身技術(shù)；電力計(jì)量；應(yīng)用發(fā)展

[中圖分類號]F224-39 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0386-02

在電力系統(tǒng)中，電力諧波主要由諧波源產(chǎn)生，在電力系統(tǒng)諧波電流中，諧波電壓下降，在形成新型的諧波電壓的過程中，對系統(tǒng)內(nèi)部正常電壓造成了很大的影響，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電能質(zhì)量下降。諧波測量監(jiān)控作為電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的重要保障，諧波測量作為諧波問題的關(guān)鍵因素，它是電力系統(tǒng)諧波研究的依據(jù)。在諧波測量中，相關(guān)人員在電網(wǎng)監(jiān)控中，通過掌握電網(wǎng)監(jiān)控方向、波量，明確電力系統(tǒng)諧波方向；根據(jù)諧波流量、電流電壓幅值、相位參數(shù)以及諧波含油率，對電力部門諧波進(jìn)行整治。由于電力系統(tǒng)諧波具有隨機(jī)性、分布性、不穩(wěn)定性、分線性，在成因復(fù)雜的過程中諧波測量非常復(fù)雜；目前，我國采用的諧波測量方法主要有：帶阻濾波器或者帶通模擬測量、傅立葉變換測量、瞬時(shí)功率測量、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測量、小波測量等，在這些測量中，以傅立葉變換頻域在電力計(jì)量中應(yīng)用最為廣泛。

一、電力計(jì)量中的電力諧波測量

（一）電力諧波產(chǎn)生

在電力計(jì)量中，電力系統(tǒng)電源質(zhì)量較差，在極容易產(chǎn)生諧波的過程中，由于發(fā)電機(jī)三相繞組在電力系統(tǒng)生產(chǎn)過程中不能形成完全對稱的體系（如圖1所示）；因此，很多鐵芯不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，在不均勻的影響下，雖然諧波在發(fā)電機(jī)中的比例相對較小，發(fā)電過程的干擾因素對電力諧波造成了很大的影響，在發(fā)電源中產(chǎn)生不同量的諧波。

在輸電系統(tǒng)諧波中，輸電諧波主要是變壓器引發(fā)的諧波。當(dāng)電力系統(tǒng)變壓器出現(xiàn)鐵芯飽和時(shí)，由于非線性的磁化曲線，在變壓器設(shè)備經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，造成電力系統(tǒng)變壓器磁密選擇集中在系統(tǒng)曲線飽和段上，讓電力系統(tǒng)磁化電流產(chǎn)生大規(guī)模非平滑線的特點(diǎn)。在大量奇次諧波影響下，工作鐵芯飽和度越高，電力系統(tǒng)變壓器工作點(diǎn)就越容易產(chǎn)生偏離，諧波電流越大。

在用電設(shè)備諧波中，由于電力系統(tǒng)晶體管蒸餾設(shè)備，在鋁電解槽、電力機(jī)車、電力設(shè)備充電、相關(guān)設(shè)備開關(guān)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，從而給電力網(wǎng)絡(luò)諧波產(chǎn)生埋下了隱蔽的源頭。當(dāng)電力系統(tǒng)單相電路電流為整流裝置時(shí)，感性負(fù)載一旦接觸，就會生出諧波電流，第三次諧波電流甚至可以達(dá)到整個(gè)基波電流的30%左右。在電力系統(tǒng)接容性負(fù)載的過程中，產(chǎn)生電力系統(tǒng)諧波電壓，諧波含量隨著系統(tǒng)電容增大而不斷提升。在電力計(jì)量實(shí)際測算中，整流裝置引起的電力系統(tǒng)諧波占整個(gè)電力諧波的40%左右，是電力諧波的主要來源。

為了保障電力諧波自身技術(shù)發(fā)展改進(jìn)在電力計(jì)量中得到切實(shí)應(yīng)用，必須對諧波進(jìn)行認(rèn)真的測量，在精心研究諧波問題對電力計(jì)量造成的影響時(shí)，掌握諧波控制要點(diǎn)。通過電力系統(tǒng)諧波測量，在電力網(wǎng)絡(luò)中對諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)性控制、檢測，通過不斷掌握含量方向，明確電力系統(tǒng)諧波流向；通過正確計(jì)量電力正反電量、諧波含量、電流電壓幅值以及相位參數(shù)，為電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制、諧波治理提供對應(yīng)的依據(jù)。

二、電力諧波對電力計(jì)量的影響

（一）對電表電感的影響

在電力系統(tǒng)中，電感式電表根據(jù)電力系統(tǒng)磁感應(yīng)，不斷推動相關(guān)器件力矩，保障電力計(jì)量工作。在電壓線圈工作中，電流磁通主要分成兩個(gè)部分：一個(gè)是穿過鋁盤，充分利用回磁板不斷形成的磁通；另外一個(gè)則是不穿過鋁盤，在兩側(cè)作用下不斷形成磁通。由于電力系統(tǒng)電流線圈磁通極大可能會2次穿過電力系統(tǒng)鋁盤，在電流組件的影響下，不斷形成電流回路。

由于電流線圈和電壓線圈在電力系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的交變磁通，對于不同地方穿過磁通，會產(chǎn)生不同的鋁盤轉(zhuǎn)動，在這個(gè)過程中，有了負(fù)載和鋁盤轉(zhuǎn)動呈正比關(guān)系，以電波為基礎(chǔ)的電磁感應(yīng)式電表，由于基波、諧波疊加產(chǎn)生的電流、電壓畸變現(xiàn)象，在電感式電表曲線特性誤差率逐漸下降的過程中，對電力計(jì)量電表準(zhǔn)確性造成了很大的影響。

（二）對電子式電表影響

和感應(yīng)式電表相比，該類電表計(jì)量誤差在頻率變化中相對較小。因此，在基波計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)中，由于電子式電表工作原理，感應(yīng)式電表誤差比電子式電表計(jì)量誤差小。在電力系統(tǒng)中，電表通常采用乘法器、A/D采用、處理器，在顯示輸出的過程中，根據(jù)50Hz的正弦，在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)進(jìn)行具體工作。在電子式電表檢查標(biāo)準(zhǔn)中，電子式電表電壓、電流所允許的正弦波失真必須在一定范圍內(nèi)，避免多次電力系統(tǒng)諧波中，波形計(jì)量超限等問題，從而造成電力計(jì)量乘法器誤差。

三、電力諧波自身技術(shù)改進(jìn)發(fā)展在電力計(jì)量的應(yīng)用和發(fā)展

（一）電力諧波對電力計(jì)量的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)諧波存在的情況下，電能計(jì)量主要包括三種形式：在促進(jìn)電力系統(tǒng)電表功率反應(yīng)特征的過程中，讓電表盡量反應(yīng)出實(shí)際功率，即：諧波和基波形成的綜合性功率，以一種全能量的計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算；由于經(jīng)常忽視電力系統(tǒng)諧波過濾，在促進(jìn)電表抗干擾性能的同時(shí)，對基波進(jìn)行功率測量，從而形成純基波電力計(jì)量方式；在充分利用電表對諧波、基波功率區(qū)別、分辨的過程中，獲得諧波電能計(jì)量方式，隨著計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)手段不斷改進(jìn)，逐漸成為當(dāng)今電能計(jì)量的趨勢。

（二）諧波計(jì)量發(fā)展

根據(jù)調(diào)查顯示，我國電力系統(tǒng)電力計(jì)量中，通常使用全能量計(jì)量，當(dāng)電力系統(tǒng)基波電流相對穩(wěn)定的時(shí)候，電力計(jì)量比較可靠準(zhǔn)確；當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)諧波干擾，并且大于計(jì)量設(shè)備允許的范圍時(shí)，電力系統(tǒng)全能量計(jì)量表就會失去作用，導(dǎo)致誤差不斷增加。因此，在實(shí)際工作中，必須將基波、諧波分開，在分別計(jì)量的過程中，促進(jìn)電力計(jì)量發(fā)展。在電力系統(tǒng)研制中，同簡化系統(tǒng)，將德爾計(jì)量進(jìn)行模型化處理，根據(jù)基波線性模型和非線性模型，從根本上保障諧波計(jì)量目標(biāo)。

（三）諧波電表發(fā)展

由于電力系統(tǒng)諧波干擾，我國技術(shù)人員根據(jù)諧波特點(diǎn)，研制了諧波電表，通過用戶對諧波進(jìn)行專門性計(jì)量，由于我國諧波電量沒有健全的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，因此，要實(shí)現(xiàn)諧波電表，必須依靠時(shí)間進(jìn)行錘煉。在原有單片機(jī)發(fā)展中，諧波電表綜合了以往電能表研發(fā)，逐漸消除了感應(yīng)式電表機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、傾斜度、器件失靈造成的電力計(jì)量失真；在大容量芯片中，通過漢字點(diǎn)陣字庫以及CPU結(jié)合DSP和A/D的方式，進(jìn)一步完善專用計(jì)量芯片；在不斷拓展容量限、大量程電表的過程中，保障基波、諧波分別測量的能力，讓電表進(jìn)一步具備基波無功電能、有功電能、性能量等。這種新型的電子式電表，相比傳統(tǒng)電表，具有更寬的頻率響應(yīng)，讓誤差頻率特性曲線更加平直，當(dāng)諧波存在時(shí)，電表誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感應(yīng)式電表，從而實(shí)現(xiàn)諧波、基波分別計(jì)量的目標(biāo)。

結(jié)束語

隨著我國電力工業(yè)快速發(fā)展，各種電網(wǎng)裝機(jī)容量不斷加大，電子元件使用越來越多，導(dǎo)致大量電流諧波進(jìn)入電網(wǎng)，對電能質(zhì)量造成影響。因此，為了保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，在實(shí)際工作中，必須根據(jù)電力諧波產(chǎn)生測量方法，在明確電力計(jì)量影響的過程中，推動電力諧波在電力計(jì)量的應(yīng)用。

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