電網(wǎng)諧波電能損耗的計量方法分析

劉輝

摘 要：電力電子技術的發(fā)展中，非線性負荷在不斷增加，電網(wǎng)諧波電能損耗也在不斷的增加，相應的問題也在不斷的出現(xiàn)，本文對電網(wǎng)諧波電的能耗進行研究，并且對諧波電損耗計量方法進行研究。通過理論的方式，證明電網(wǎng)諧波損耗是由于基波功率金和實際功耗之間的差距導致的。

關鍵詞：電能質量;諧波;電量;計量

近年來，我國的電子技術也在不斷的發(fā)展創(chuàng)新，電力設備的負載性也出現(xiàn)了變化，非線性負載數(shù)量在不斷的增加。根據(jù)非線性負載的相關理論，可知，其具有節(jié)能型和可靠性這一屬性使得非線性負載得到了廣泛的應用。本文從諧波功率的產生與消耗之間的關系出發(fā)，重點研究了電網(wǎng)中，非線性負荷在對諧波功率損耗的測量方面存在的問題。

1 系統(tǒng)模型

在配電系統(tǒng)中，中壓和低壓的供電網(wǎng)絡結構如圖1所示，S為正弦電壓源，通過正弦電壓源為多個具有獨立性的線性非線性負荷用戶進行供電。

當所有用戶線性進行加在的時候，分支的電玩不會出現(xiàn)諧波電流。但只要電網(wǎng)中有非線性負載的存在，就會有諧波電流的產生。同時，諧波電流通過時會對電網(wǎng)進行阻礙，在每一個致電出形成諧波電壓。從而在配電網(wǎng)絡和其他用戶中產生額外的諧波。電源（檢測）失敗。對于特定的電力用戶，由用戶在電網(wǎng)的公共連接點（PCC）上的非線性負載產生的諧波電壓通常被認為是背景諧波。因此，在分析特定用戶L引起的配電網(wǎng)諧波污染時，由正弦電壓源供電的多用戶配電網(wǎng)相當于由非正弦周期電壓源供電的單用戶電網(wǎng)，如圖2a所示。根據(jù)非正弦周期電路的諧波分析方法，對下圖進行分析。

在圖2中，U1s是等效電源的基本組成部分，I1L是用戶L總負載電流的基本組成部分，Ihl是用戶L中非線性負載裝置產生的h次諧波電流，是電力電子器件的主電流[1]。以基極負載電流為控制，在用戶L中為線性負載裝置h-諧波的等效諧波阻抗。

2 諧波能量的產生與消耗

圖1配電網(wǎng)示意圖中我們可以看出，在任何的情況下，配電網(wǎng)絡只能有一種電源，但供電用戶和電網(wǎng)只是進行了電力消耗。電源是我們常說的正弦電壓源，只有供電電流的基本元件產生能量消耗，或者電源只向配電網(wǎng)和用戶提供基本能量。根據(jù)非正弦周期電路中不同頻率的電能守恒原理，可以從圖2中看出：

W1S- W1net- W1L= 0 （1）

WhUS+ WhIL- Whnet- WhZ= 0 （2）

在上述公式中，公式（1）中的W1S，指的是正弦電壓源的理想基本能量;式中從電源中所吸收的基本能量標注為W1l;通過配電網(wǎng)，電源向用戶提供基本的能量用W1net表示。產生的基本能耗用WhUS表示，背景諧波電壓源用WUS來表示，WIL是L功率產生的用戶等效諧波電流源IHH諧波，配電網(wǎng)消耗h諧波功率（即h諧波無源網(wǎng)絡）;以及用戶等效阻抗消耗的h諧波功率。從方程（1）可以看出，正弦電壓源只向用戶提供基本能量，或者每個電源用戶從電源中吸收的能量是基本能量[2]。從方程（2）可以看出，配電網(wǎng)所消耗的諧波能量是由配電網(wǎng)的非線性負荷引起的。由于非線性負載本身不產生電能，諧波電能只能由非線性負載從電源吸收的基本能量轉換而來。

3 電網(wǎng)諧波電能損耗的計量

對于用戶L，從電源吸收的總能量應當?shù)扔谟脩鬖消耗的能量和能量輸出的總和：以W1LH=2WHZ的形式。

US=WLH=2，-H=2WHZ.IL（3）

WL是用戶L半身總的消耗被稱之為WL，其中包含了基本能量外，還存在大量的諧波源吸收的能力。重寫式（3）為：

H=2WHIL-H=2WHZ。IL-H=2WHZ。US=W1L-WL（4）

顯然，方程（4）的左邊是由凈損耗引起的諧波損失的用戶L非線性負載，即由用戶相同的諧波電流源引起的諧波功率損失與諧波功率損耗之間的差值。背景諧波電壓源UHS用戶。從方程（4）中還可以看出，在電網(wǎng)中，非線性負荷用戶引起的諧波能量凈損失等于用戶從電源中吸收的基本能量與實際消耗的總能量之間的差額。非線性負載的基本能量用戶和總能量用戶可用電子電能表測量，由諧波能量凈損失引起的電網(wǎng)用戶可用方程（4）計算。電網(wǎng)諧波中的總功率損失是電網(wǎng)中所有電力用戶造成的網(wǎng)損和諧波功率：

wnet=w1L-wl（5）

4 結束語

綜上所述，本位對電力網(wǎng)絡中的非線性負載用戶引起的附加諧波損耗進行研究。電力中的電網(wǎng)諧波被個人的非線性負荷吸收基波的用戶轉換成電能，并以配電網(wǎng)和用戶的設備散熱的形式。由電力網(wǎng)絡中的非線性負載用戶引起的諧波能量的凈損失等于用戶從電源吸收的基波能量與用戶實際消耗的總能量之間的差。

參考文獻：

[1]易桂平，胡仁杰.分布式電源接入電網(wǎng)的電能質量問題研究綜述[J].電網(wǎng)與清潔能源，2015，31（01）：38-46.

[2]邱旭，李樹廣.ADE7878在諧波電能監(jiān)測與計量系統(tǒng)中的應用[J].自動化儀表，2012，33（11）：80-82+86.