電力系統(tǒng)諧波對電能計量的影響與分析

李強

摘要：針對我國電力系統(tǒng)在使用過程中電能產(chǎn)生和運行中普遍出現(xiàn)的電能諧波等問題，本文通過分析來探討其中的重點。諧波對于電能計量的影響和作用，首先簡單地分析電力諧波的原因和來源以及它們的危害性，并在此基礎(chǔ)上重點課題研究利用電力驅(qū)動諧波對于利用電能諧波計量的驅(qū)動作用和電能影響反應機制，提出具體利用電能驅(qū)動諧波計量控制對策措施以及其中的各種電能計量方法。

前言：隨著近年來我國現(xiàn)代電力事業(yè)的進步和飛速發(fā)展，電能計量已越來越深刻地直接影響和涉及電力行業(yè)市場上各種企業(yè)的社會和經(jīng)濟效益，而且隨著現(xiàn)代化的電能計量工具和技術(shù)的進步和發(fā)展，已經(jīng)逐漸出現(xiàn)許多更加科學嚴謹?shù)碾娔苡嬃抗ぞ吆头椒?另外，雖然目前對于電能進行計量的方式和手段很多，也較準確地實現(xiàn)對電能的計量，但不可避免的還是使得工程中會同時發(fā)生一些錯誤的測量和偏移，特別是現(xiàn)在的大功率傳感器和負載的應用，增大傳感器在電力互聯(lián)網(wǎng)中的頻率和諧波產(chǎn)生，而這些諧波對于電能的計量則具有明顯的干擾作用和影響，因此如何正確地在這些諧波的影響下進行電能計量就成為當前我國電力公司要重點考慮的問題。

一、電力諧波的來源及其危害分析

（一）電力諧波的來源

在的通用電力系統(tǒng)中，產(chǎn)生這些自動諧波的主要原因、設(shè)備種類有很多，很難一次完全地能夠集中發(fā)現(xiàn)概況全面，但是從理論分析和研究總結(jié)現(xiàn)場技術(shù)實踐應用角度來看，能夠準確發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)生諧波主要原因有以下幾個主要因素：①大大小小的高壓整流控制設(shè)備、逆向應變器控制設(shè)備、交流輸電調(diào)壓控制設(shè)備和直流變頻器等;②直流變壓器群;③較大的大型單相式自動電力和通用電子設(shè)備;④電力工業(yè)中所使用的火力電弧爐;⑤主要采用進行電氣化的電力火車頭;⑥采用靜態(tài)電壓補償器控制裝置及其中的飽和可控自動電抗器和自動飽和可控電抗器;⑦主要采用一些高新技術(shù)制造產(chǎn)品的電子元件，如靜電敏感性高的電子和元器件。

（二）電力諧波的危害

1.產(chǎn)生附加損耗，增加設(shè)備溫升

與基波電流損耗相比，雖然有效諧波鐵磁電流所占的能量比重不大，但電氣設(shè)備的有效鐵磁電阻將由于電氣集膚鐵磁效應的直接影響而逐漸明顯增大，在一些具有多個鐵磁中心的大型電氣設(shè)備中，鐵磁和鋅磁直流的損耗和渦流損耗將逐漸明顯增大，使電氣設(shè)備的溫升程度也會隨之逐漸增加，特別是設(shè)備局部或極端具有發(fā)熱條件地區(qū)的溫升程度更有可能會隨之增加得更多，使電氣設(shè)備的金屬絕緣材料層運動加速從而發(fā)生脆性老化。另一方面，當線路電壓波動畸變的兩個波形同時產(chǎn)生或者同時出現(xiàn)電路尖頂?shù)募y波時，還可能會直接增大電路局部電流放電的振動強度，從而大大減少輸電絕緣的使用壽命，進而大大延長輸電設(shè)備的正常工作使用壽命。

2.可能引起電機的機械振動

由于電機諧波共振電流和整個電機在運行中旋轉(zhuǎn)磁場相互作用所致而產(chǎn)生的自由脈動轉(zhuǎn)矩很大而有概率可能會直接導致振動使得整個電機的在運行中局部發(fā)生自由振動，當整個電機處于機械系統(tǒng)運行中的一定程度自然振動頻率因為電機受到以上轉(zhuǎn)矩的直接刺激而有很大的概率可能間接導致振動引起整個電機的諧波共振時，就可能會直接導致引起整個電機的脈動轉(zhuǎn)子產(chǎn)生過熱，局部產(chǎn)生有效的過電壓，容易直接引起造成整個電機的一定相當程度具有機械性質(zhì)的振動，損壞整個電機的機械設(shè)備，危害您的人身安全。

二、電力功率諧波在電能測量中的影響和其抑制性探討

（一）電力功率諧波對輸出電能的計量影響機制分析

首先，根據(jù)有功功率的表達式可以得到，只有相等于同次諧波的電壓、電流才能構(gòu)成相等于諧波的功率。例如，當輸出的電壓值為正弦，只有一個電流包括一個諧波的分量，不應該說明它存在一個諧波的功率，但是通過的研究結(jié)果表明，這種情況下對于感應式電能儀表的計量也會產(chǎn)生一定的誤差。

（二）電力諧波下的電能計量模式探討

增設(shè)高壓換流器的相關(guān)參數(shù)。換流器控制裝置通常是直流供電電路系統(tǒng)中最主要的電流諧波信號來源之一。理論的數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)果表明，當重新增加一個換流器的各個脈動諧波次數(shù)，換流器諧波通過其中的一個交流側(cè)和直流側(cè)所脈動產(chǎn)生的各種特點波和諧波脈動次數(shù)就已經(jīng)能夠有效地用來清除一些幅值相對較高或者比較小的低頻項，這樣就有機會能夠大大降低脈動諧波器的輸出值和電流的有效諧波值。

無源信號濾波和有源信號濾波方法。為盡量減少控制諧波對民用供電電氣系統(tǒng)的直接影響，要如何從根本上切實有效實現(xiàn)對各類民用電氣設(shè)備的安全進行保護，最根本的控制措施就是從通過控制確定諧波發(fā)射產(chǎn)生的電流源頭位置開始，設(shè)法在已經(jīng)控制好的諧波源附近盡量注意防止控制諧波產(chǎn)生電流的向外發(fā)射，從而有效地減少降低控制諧波的產(chǎn)生電壓。防止這些諧波對有源電流造成危害的控制措施主要方式有：一是被動性的諧波防御，即在已經(jīng)關(guān)斷發(fā)射或輸出來的諧波或者其他電流的一定條件下，采用一種基于傳統(tǒng)性的無源電流濾波的控制技術(shù)（由一組傳統(tǒng)無源元件：電容、電抗器和另外一組傳統(tǒng)無源諧波電阻元件組成的有源調(diào)諧電流濾波器）以有效減輕這些諧波對于各種電氣設(shè)備的電路損壞造成危害;主動性地預防這些諧波或者電流的直接產(chǎn)生，即有源電流濾波控制方法，其中該技術(shù)的一個基本原理就是通過控制利用已經(jīng)關(guān)斷的直流電力或者其他各種電子元件所需的能夠直接產(chǎn)生的與整個負載諧波電流中所有諧波或者電流相同分量的頻率大小不同、相位不同或者方向相反的諧波信號形式來有效地防止消除這些諧波。

結(jié)束語：針對當前我國各種現(xiàn)代類型電力系統(tǒng)正常運行的全過程及其中的各種電能諧波和主要影響，本文從各種電能諧波對我國電能電流計量的主要物理影響和機制作用以及機制兩個角度進行入手，詳細地深入分析各種電能諧波對我國電能電流計量的主要物理影響和機制作用，并在這一基本理論的基礎(chǔ)上我還著重提出探討如何通過計量避免各種類型電力系統(tǒng)諧波的主要影響而正確、科學地正確實施各種類型電能諧波計量。

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