對(duì)負(fù)載與諧波及電能計(jì)量問題的分析

黃長(zhǎng)浩

摘要：諧波是指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波，高次諧波目前是電力系統(tǒng)運(yùn)行中影響電能質(zhì)量最大的公害，諧波信號(hào)的干擾會(huì)大大降低電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量，電能質(zhì)量不過關(guān)。將會(huì)直接影響到電磁流信號(hào)的傳輸，降低電力傳輸?shù)男省Ｔ陔娏ο到y(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)定期對(duì)電能進(jìn)行一定的計(jì)量與分析，而負(fù)載與諧波會(huì)影響到電能的計(jì)量與計(jì)算過程，對(duì)電力系統(tǒng)最終的計(jì)算分析結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在電能計(jì)量過程中，會(huì)采取一定的措施或者安裝一定的器械，降低負(fù)載與諧波對(duì)于電能計(jì)量的影響。電力系統(tǒng)的運(yùn)行關(guān)系到人們正常生活的進(jìn)行，在電力輸送的過程中會(huì)存在各種各樣的影響因素來干擾電磁流信號(hào)的傳輸，而且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)破壞電力系統(tǒng)的運(yùn)行，危及人們的生命安全。因此，諧波與負(fù)載對(duì)于電能計(jì)量的影響必須得到重視，也必須有所作為。本文將針對(duì)這兩方面的影響展開討論，僅供參考。

關(guān)鍵詞：諧波;電能計(jì)量;感應(yīng)式電能表

一、諧波對(duì)感應(yīng)式電能表的影響

1.1感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)及工作中原理

電能表是用來測(cè)量電能的儀表，又稱電度表，火表，千瓦小時(shí)表，指測(cè)量各種電學(xué)量的儀表。感應(yīng)式電能表是一種高功能電能儀表，其主要組成部分有驅(qū)動(dòng)元件、電壓線圈、電流線圈等。感應(yīng)式電能表利用固定的交變磁場(chǎng)和該磁場(chǎng)在可動(dòng)部分的導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電流之間的相互作用，產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)力炬，使轉(zhuǎn)盤以正比于負(fù)載功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的儀表。感應(yīng)式電能表在電能的計(jì)量工作屬于常見的一種儀表，它的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、對(duì)于計(jì)量結(jié)果有較高的準(zhǔn)確性，而且在使用過后期的維護(hù)和調(diào)整工作也非常簡(jiǎn)單，易于操作，但也有一定的缺點(diǎn)，感應(yīng)式電能表的體積太大，非常占地方，而且在性能上沒有可上升的空間，只能保持現(xiàn)有的計(jì)量技術(shù)水平。

1.2感應(yīng)式電能表的頻率特性

感應(yīng)式電能表的頻率特性是指電流波形畸變對(duì)于電能計(jì)量的影響。研究電能表的頻率特性就是研究波形變動(dòng)對(duì)于計(jì)量結(jié)果的影響，電能表在接入電路之后，當(dāng)頻率發(fā)生變化時(shí)，主要有以下幾種情況，首先是電能表的運(yùn)行是靠轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速受到影響或者改變時(shí)，那么勢(shì)必會(huì)對(duì)電能表的頻率也產(chǎn)生影響，當(dāng)頻率增大時(shí)，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的速度也會(huì)增大。其次是電流線圈的磁通量也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)電能表轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，對(duì)于電流線圈的磁通量也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，轉(zhuǎn)速慢，磁通量小，那么電能表轉(zhuǎn)的也就越慢，會(huì)產(chǎn)生誤差。然后是電流磁通量的大小會(huì)對(duì)電能計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響，電流磁通量小，轉(zhuǎn)速慢，電能表轉(zhuǎn)的也就越慢，在這種情況下，電能表的測(cè)量結(jié)果就會(huì)顯示負(fù)數(shù)。最后是負(fù)載的補(bǔ)償力矩與頻率成反比，負(fù)載的補(bǔ)償力矩越大，而頻率越低，相反，負(fù)載的補(bǔ)償力矩越小，而頻率越快。在實(shí)際測(cè)量工作中，電能表的頻率特性可以通過計(jì)量與分析得出一定的結(jié)果，形成特定的頻率曲線圖。

1.3諧波功率的產(chǎn)生與計(jì)算

諧波雖然會(huì)對(duì)電能的計(jì)量產(chǎn)生一定的影響，但是諧波也會(huì)產(chǎn)生一定的功率，正是因?yàn)橛辛诉@些功率，才會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的功率有一定的抑制作用。那么，諧波產(chǎn)生的功率如何計(jì)算呢？對(duì)于諧波產(chǎn)生的功率計(jì)算過程其實(shí)是與一般電功率的計(jì)算過程相似的，得知電阻數(shù)、負(fù)載數(shù)、電流數(shù)，通過公式的計(jì)算就可以得出諧波產(chǎn)生的功率。當(dāng)然，諧波功率的計(jì)算結(jié)果是分兩種的，即基波功率與諧波功率，兩者得出的結(jié)果是不盡相同的。

二、諧波對(duì)電子式電能表的影響

2.1電子式電能表的結(jié)構(gòu)及工作原理

電子式電能表是針對(duì)近幾年來出現(xiàn)的各種電子工具而進(jìn)行計(jì)算與分析的，現(xiàn)在有很多電子設(shè)備，他們產(chǎn)生的諧波功率不能使用一般的電能表計(jì)量出來，就需要使用電子式電能表來進(jìn)行計(jì)量與分析。電子式電能表是利用電子電路/芯片來測(cè)量電能的工具，電子式電能表是近幾年才出現(xiàn)的一種新型的測(cè)量?jī)x表，應(yīng)用了模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)和脈沖數(shù)字技術(shù)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作、計(jì)量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)研發(fā)就占據(jù)了市場(chǎng)上一定數(shù)量的份額。在計(jì)算的過程中，與普通的電能表計(jì)量過程一樣，需要計(jì)算出電流、電壓與電阻，并通過轉(zhuǎn)換，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的功率測(cè)量。

2.2電子式電能表頻率特性及誤差分析

感應(yīng)式電能表隨著諧波產(chǎn)生的變化頻率，其頻率曲線也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，而電子式電能表的頻率特性卻不會(huì)隨著諧波產(chǎn)生的變化而做出相應(yīng)的改變，相反，其頻率曲線反而很平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)較大的頻率波動(dòng)。電子式電能表對(duì)于電流輸送過程中產(chǎn)生的基波與諧波都按照同一種方法進(jìn)行計(jì)量計(jì)算，應(yīng)用到公式中以后，所產(chǎn)生的結(jié)果都是一致的，因此，同樣的諧波發(fā)生頻率，感應(yīng)式電能表的頻率曲線波動(dòng)較大，而電子式電能表幾乎沒有什么變化。這也是為什么電子式電能表的頻率曲線很平穩(wěn)的原因。

三、降低電能計(jì)量表負(fù)載的策略探究

電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生與非線性負(fù)載是共同產(chǎn)生的，諧波之所以會(huì)產(chǎn)生，大多情況下是由于電力系統(tǒng)超過正常負(fù)載能力而產(chǎn)生的，對(duì)于非線性用戶來說，諧波與負(fù)載的存在都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，影響了電能表計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了電能表計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以采用以下幾種方案。第一，電能表可以只計(jì)算基波功率，不反應(yīng)諧波功率。那么，最終的結(jié)果將會(huì)是一條直線，準(zhǔn)確無誤。第二，可以采用高階低通率波器來降低電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中諧波的進(jìn)入與產(chǎn)生，去除掉進(jìn)入電力系統(tǒng)內(nèi)部的諧波信號(hào)，使得測(cè)量結(jié)果只顯示基波的功率。對(duì)于用戶與電力系統(tǒng)來說，雖然系統(tǒng)總控制中心會(huì)多多少少受到諧波產(chǎn)生的影響，但是在電力付費(fèi)時(shí)能夠避免諧波產(chǎn)生的功率費(fèi)用。第三，將寬頻諧波功率電能表與基波功率電能表一起使用，這樣不僅可以測(cè)量出諧波功率值，還可以測(cè)量出基波功率值，然后各種分析各種的數(shù)據(jù)結(jié)果。此外，對(duì)于非線性用戶產(chǎn)生的負(fù)面影響，電力系統(tǒng)可以補(bǔ)償額外的費(fèi)用，彌補(bǔ)非線性用戶產(chǎn)生的損失。

小結(jié)

電能表是一種計(jì)算電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生能量大小的一種測(cè)量?jī)x器，但是最終的結(jié)果卻不是真實(shí)有效的，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，非線性用戶產(chǎn)生的負(fù)載與諧波也會(huì)在電能計(jì)量結(jié)果中顯示，在一定程度上對(duì)非線性用戶的用電情況造成了損失。因此，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，會(huì)采取一定的有效手段來減少負(fù)載與諧波對(duì)于電能表計(jì)量結(jié)果的影響。本文提出了多種方案可以有效改善諧波對(duì)于電能表計(jì)量結(jié)果的影響。最大程度的保證非線性用戶的消費(fèi)權(quán)益。

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