淺談電力計(jì)量中電力諧波的應(yīng)用分析

【摘要】在電力系統(tǒng)中，諧波作為一種無法完全杜絕的干擾現(xiàn)象，其產(chǎn)生是由于電力系統(tǒng)主要設(shè)備的硬件因素造成的，在無法避免的情況下運(yùn)用技術(shù)改進(jìn)的方式實(shí)施有限控制，所以，對(duì)于電力計(jì)量而言，諧波也會(huì)有實(shí)時(shí)的影響產(chǎn)生，對(duì)于各類電器設(shè)備而言，都會(huì)有諧波產(chǎn)生，并對(duì)計(jì)量電表產(chǎn)生干擾。

【關(guān)鍵詞】電力計(jì)量；電力諧波；應(yīng)用

一、電力諧波出現(xiàn)的原因

1.發(fā)電源質(zhì)量低出現(xiàn)諧波。由于三相繞組，制作發(fā)電機(jī)時(shí)很難達(dá)到絕對(duì)的對(duì)稱，發(fā)電機(jī)的鐵心也很難保持絕對(duì)均勻，因此，發(fā)電源總會(huì)出現(xiàn)一些諧波，不過，一般來說比較少。

2.輸配電系統(tǒng)出現(xiàn)諧波。通常是電力變壓器中出現(xiàn)諧波，由于變壓器鐵心飽和，非線性的磁化曲線，設(shè)計(jì)變壓器時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，工作磁密處于磁化曲線的飽和段中，磁化電流就呈現(xiàn)為尖項(xiàng)波形，含有奇次諧波。變壓器中鐵心飽和程度越高，偏離線性就越遠(yuǎn)，出現(xiàn)諧波電流往往也就越大。

3.用電設(shè)備出現(xiàn)的諧波。晶閘管整流在鋁電解槽、電力機(jī)車以及開關(guān)電源等方面得到逐漸廣泛的應(yīng)用，使配電網(wǎng)出現(xiàn)了很多的諧波。整流裝置是單相整流電路，接感性負(fù)載時(shí)往往富含奇次諧波電流，3次諧波含量就達(dá)到基波的30%，當(dāng)電容值增大時(shí)，諧波含量也會(huì)隨之增大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，整流裝置出現(xiàn)的諧波在所有諧波中的比例為40%，為最大的諧波源。

二、電力諧波對(duì)電力計(jì)量的影響

1.對(duì)電表電感產(chǎn)生的影響

在電力系統(tǒng)中，電感式電表應(yīng)結(jié)合電力系統(tǒng)磁感應(yīng)，對(duì)相關(guān)器件力矩進(jìn)行推動(dòng)，使電力計(jì)量工作得到保障。在電壓線圈工作中，電流磁通主要包括兩部分內(nèi)容：第一是穿過鋁盤，對(duì)回磁板不斷形成的磁通進(jìn)行充分利用。第二則是不穿過鋁盤，在兩側(cè)作用下，不斷有磁通形成。由于電力系統(tǒng)的較大電流線圈磁通會(huì)使得2次從電力系統(tǒng)鋁盤穿過，在電流組件的影響下，會(huì)不斷有電流回路出現(xiàn)。

在電力系統(tǒng)中，電流線圈和電壓線圈會(huì)有交變磁通產(chǎn)生，對(duì)于不同地方穿過磁通會(huì)有不同的鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)，在該過程中，負(fù)載和鋁盤會(huì)呈現(xiàn)正比關(guān)系，以電波為基礎(chǔ)的電磁感應(yīng)式電表，由于諧波與基波疊加產(chǎn)生的電流及電壓畸變，在電感式電表曲線特征誤差率逐漸下降的過程中，會(huì)導(dǎo)致電力計(jì)量電表的準(zhǔn)確性受到較大影響。

2.對(duì)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(duì)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、測(cè)量電力諧波的方法

要想將諧波問題得到解決則應(yīng)必須進(jìn)行測(cè)量諧波，作為諧波研究的出發(fā)點(diǎn)和主要依據(jù)。在諧波測(cè)量時(shí)，可實(shí)時(shí)對(duì)配電網(wǎng)里諧波的含量和潮流方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)諧波流向進(jìn)行分析，計(jì)量正反向的諧波電量，并對(duì)每車諧波的占有率和諧波電壓電流的相位和幅值等實(shí)施計(jì)量，與計(jì)量的數(shù)據(jù)相結(jié)合，電力部門可對(duì)相關(guān)的諧波治理方式進(jìn)行制定。諧波具有隨機(jī)性、非平穩(wěn)性、非線性以及復(fù)雜的影響因素等，使諧波在測(cè)量的過程中很難達(dá)到準(zhǔn)確狀態(tài)。

現(xiàn)階段，電力諧波的測(cè)量方法主要包括以下集中：模擬帶通或帶阻濾波器的測(cè)量；與傅立葉變換的方式相結(jié)合實(shí)施測(cè)量；與瞬時(shí)無功功率相結(jié)合進(jìn)行測(cè)量；運(yùn)用小波方法實(shí)施測(cè)量。每種方法都會(huì)有自身的優(yōu)缺點(diǎn)存在，在電力諧波測(cè)量中，運(yùn)用較多的測(cè)量方法則是傅立葉變換的方式。

四、電力計(jì)量方法的選擇

目前在工業(yè)用電中，大多都是采用多功能的電子式電能表來用于電力計(jì)量，而將感應(yīng)式電能表應(yīng)用于其他一般居民和非工業(yè)的電力計(jì)量中。結(jié)合國家相關(guān)的規(guī)定，用電用戶類型的不同，需要選擇差異化的電價(jià)收費(fèi)方式，電能表只可以對(duì)基波功率進(jìn)行測(cè)量，卻無法有效的測(cè)量諧波功率。諧波影響到了電力部門以及線性負(fù)載用戶的用電，在付費(fèi)時(shí)，卻沒有承擔(dān)諧波功率所造成的額外損失。而那些非線性的負(fù)載用戶，將所有的基波電能費(fèi)用都承擔(dān)了下來，但是因?yàn)橹C波出現(xiàn)而給電力系統(tǒng)帶來的損失卻不能有效補(bǔ)償。

目前，智能電能表作為基礎(chǔ)設(shè)備已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于我國智能電網(wǎng)的建設(shè)中，它促使配電網(wǎng)信息化、數(shù)字化和自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)，有效促進(jìn)了電力諧波電力計(jì)量的發(fā)展。智能電能表具有一系列的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行雙向計(jì)量，具備功能有很多，比如預(yù)付費(fèi)、階梯電價(jià)、遠(yuǎn)程斷電等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)的運(yùn)行電能質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量，電力企業(yè)的效益可以得到有效保證，可以更加穩(wěn)定的進(jìn)行電力供應(yīng)。特別是隨著時(shí)代的發(fā)展，人們生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求，并且又開始廣泛采用非線性負(fù)載。用戶的利益會(huì)在很大程度上受到電力諧波的損害，并且電力系統(tǒng)非經(jīng)營成本的投入會(huì)得到顯著增加，針對(duì)這種情況，電力部門就需要研發(fā)一種新的計(jì)量方式來解決這個(gè)問題。在這種情況下，就可以應(yīng)用智能電能表，它不僅可以對(duì)基波功率值進(jìn)行測(cè)量，還可以將諧波潮流的方向以及大小給測(cè)量出來，針對(duì)諧波功率存在于非線性負(fù)載用戶中，那么結(jié)合測(cè)量的結(jié)果，就需要將額外的經(jīng)濟(jì)懲罰施加到他們身上，這樣就可以給予電力部門以及線性用戶適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。通過實(shí)踐研究表明，這種計(jì)量方式可以更加合理的計(jì)費(fèi)，諧波損害帶來的經(jīng)濟(jì)損失可以由非線性用戶來承擔(dān)。

五、電力計(jì)量中電力諧波自身技術(shù)改進(jìn)發(fā)展的應(yīng)用與發(fā)展

1.電力計(jì)量中電力諧波的應(yīng)用

在存在電力系統(tǒng)諧波的情況下，電力計(jì)量主要包括以下三種形式：在電力系統(tǒng)電表功率反應(yīng)特征促進(jìn)的過程中，讓電表盡可能有實(shí)際功率反應(yīng)，即：諧波與基波產(chǎn)生的綜合性功率，通過一種全能量的計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算。由于經(jīng)常將電力系統(tǒng)諧波過濾進(jìn)行忽視，在對(duì)電表抗干擾性能進(jìn)行促進(jìn)的同時(shí)，對(duì)基波實(shí)施功率測(cè)量，從而構(gòu)成純基波電力計(jì)量方式。對(duì)電表抗干擾性能進(jìn)行充分利用的同時(shí)，測(cè)量出基波的功率，從而構(gòu)成純基波電力計(jì)量方式。對(duì)電表區(qū)別和分辨諧波和基波的過程進(jìn)行充分利用，使諧波電能計(jì)量方式得到獲取，隨著計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)手段的進(jìn)一步改進(jìn)，逐漸作為日后電能計(jì)量的主要發(fā)展形式得到應(yīng)用。

2.諧波計(jì)量的發(fā)展

根據(jù)調(diào)查表明，在我國電力系統(tǒng)計(jì)量中，運(yùn)用較多的則是全能量計(jì)量，當(dāng)電力系統(tǒng)中存在相對(duì)穩(wěn)定的電流基波時(shí)，電力計(jì)量相對(duì)可靠且準(zhǔn)確。當(dāng)電力系統(tǒng)有諧波干擾出現(xiàn)時(shí)，并超出計(jì)量設(shè)備所允許的范圍時(shí)，電力系統(tǒng)全能量計(jì)量表的作用則會(huì)小時(shí)，造成誤差逐漸增加。所以，在實(shí)際工作中，必須將諧波和基波分開，在進(jìn)行分別計(jì)量的過程中，能夠促使電力計(jì)量得到發(fā)展。在研制電力系統(tǒng)中，結(jié)合簡化系統(tǒng)，對(duì)德爾計(jì)量是時(shí)候模擬化處理，與基波線性模型和非線性模型相結(jié)合，從根本上使諧波計(jì)量的目標(biāo)得到保障。

3.諧波電表的發(fā)展

由于電力系統(tǒng)的諧波干擾，我國技術(shù)人員應(yīng)與諧波的特點(diǎn)相結(jié)合，對(duì)諧波電表進(jìn)行了研制，通過用戶專門性對(duì)諧波進(jìn)行計(jì)量，由于我國諧波電量缺乏健全的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，所以，要使諧波電表得以實(shí)現(xiàn)，則必須依靠時(shí)間進(jìn)行完善。在原有單片機(jī)發(fā)展中，諧波電表與以往電能表的研發(fā)相結(jié)合，逐漸將感應(yīng)式電表機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、器件失靈以及傾斜度導(dǎo)致的電力計(jì)量失真的現(xiàn)象逐漸消除。在大容量芯片中，通過焊制點(diǎn)陣字庫、CPU、DS以及A＼D的形式，進(jìn)一步將專用計(jì)量芯片得到完善。在不斷對(duì)容量限、大量程電表進(jìn)行拓展的過程中，使基波和諧波的分別測(cè)量能力得到保障，促使電表進(jìn)一步存在基波無功電能、性能量以及有功電能等。該類新型電子式電表與傳統(tǒng)電表相比，頻率響應(yīng)更寬，誤差頻率特性曲線處于平直狀態(tài)，當(dāng)存在諧波時(shí)，與感應(yīng)式電表的電表誤差相比相對(duì)較小，最終滿足諧波與基波分別計(jì)量的目的。

六、結(jié)語

綜上所述，任何事物都會(huì)有其價(jià)值存在，電力諧波的產(chǎn)生是無法避免的，對(duì)電力計(jì)量提供了發(fā)展的動(dòng)力。目前，在電力網(wǎng)絡(luò)中投入的非線性荷載逐漸增多，使得諧波產(chǎn)生的總量也進(jìn)一步增大，由于諧波導(dǎo)致的電壓電流畸變會(huì)對(duì)電力計(jì)量產(chǎn)生直接的負(fù)面影響，導(dǎo)致計(jì)量出現(xiàn)損失或失真的問題。所以，可通過對(duì)靈敏且精確的諧波計(jì)量電表進(jìn)行研制的方式，促使電力計(jì)量技術(shù)得到有效發(fā)展。