電力系統(tǒng)諧波對(duì)電力計(jì)量的影響

俞文

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的電力事業(yè)也取得了長遠(yuǎn)的發(fā)展，電能計(jì)量技術(shù)已經(jīng)對(duì)各個(gè)企業(yè)的經(jīng)營管理效益產(chǎn)生了直接的影響，同時(shí)，隨著我國電力計(jì)量技術(shù)的飛快發(fā)展，電力計(jì)量的科學(xué)性也實(shí)現(xiàn)了明顯的提高。然而，盡管電能計(jì)量的方法十分豐富，能夠?qū)崿F(xiàn)電能的準(zhǔn)確計(jì)量，但其工作的準(zhǔn)確性還會(huì)在一定程度上受到干擾因素或是誤差的影響，特別是大功率感性負(fù)載廣泛應(yīng)用后，電力系統(tǒng)諧波對(duì)于電力計(jì)量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了很大的影響，所以，如何消除電力系統(tǒng)諧波對(duì)電力計(jì)量產(chǎn)生的負(fù)面影響，提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，逐漸成為了電力企業(yè)關(guān)注的核心。文章對(duì)電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因和源頭進(jìn)行了分析，并探討了電力系統(tǒng)諧波對(duì)電力計(jì)量產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波；電力計(jì)量

中圖分類號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）24-0088-01

電力資源是人民生活和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性能源，在國家發(fā)展與建設(shè)過程具有無法替代的關(guān)鍵性作用。電力計(jì)量結(jié)果與用電方、供電方和發(fā)電方的經(jīng)濟(jì)利益都存在直接聯(lián)系，也是計(jì)算各種經(jīng)濟(jì)計(jì)量指標(biāo)的重要基礎(chǔ)。我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在電力系統(tǒng)的發(fā)展中逐漸出現(xiàn)了不同的非線性負(fù)荷電子電力設(shè)備，諧波大量產(chǎn)生。電力系統(tǒng)諧波在電力計(jì)量的工作中，會(huì)對(duì)計(jì)量的準(zhǔn)確性造成一定的影響，造成一定的損失，不利于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 電力系統(tǒng)的諧波源和諧波功率

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，從運(yùn)行的實(shí)質(zhì)角度看，正弦形式并不包括電壓波形和電流，因?yàn)樗鼈兇嬖诓煌潭鹊闹C波。諧波具有不同的存在形式，主要為諧波電壓、電流和功率。不同于基波，諧波也分為兩種情況，包括無功功率和有功功率。無功功率的作用主要是提供一定的基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波方法和諧波條件的研究和分析，而有功功率的作用主要是會(huì)直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。有功功率諧波的主要源頭是各種諧波源，不同諧波源無法在同一時(shí)刻發(fā)出相同類型的諧頻。通常，電力系統(tǒng)中的諧波源不同，所發(fā)出的諧波功率和頻率特征較少。獲得諧波功率時(shí)，可從其它渠道在其他諧頻方面實(shí)現(xiàn)。一般諧波源所產(chǎn)生的諧波功率凈值都是正值，最為常見的是諧波電流源。諧波源的端電壓可在特定情形下轉(zhuǎn)變?yōu)檎也ㄐ危詿o法確認(rèn)電流會(huì)表現(xiàn)為正弦波。對(duì)電源和基波進(jìn)行連接，需對(duì)諧波電流進(jìn)行強(qiáng)制反饋，以在電力系統(tǒng)中顯示。因此，在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，不會(huì)對(duì)基波功率進(jìn)行完全消耗，可實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波功率的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化完成之后，可強(qiáng)制返回電力系統(tǒng)。

2 諧波產(chǎn)生的主要原因

電子設(shè)備出現(xiàn)前，變壓器是產(chǎn)生諧波的主要源頭，是一種奇次諧波，主要表現(xiàn)形式是三次諧波，屬于有效資源，相對(duì)來說，量值比較小。目前，電子設(shè)備得到了迅速發(fā)展，變壓器因?yàn)楫a(chǎn)生的諧波量值過小，逐漸被新型電子設(shè)備所取代。一些新興的電力電子設(shè)備逐漸成為了產(chǎn)生諧波的主要源頭，是一種多次諧波，具有豐富的組合形式。一般情況下，電子電力技術(shù)中的整流器件都是整流二極管，可以實(shí)現(xiàn)交流電向直流電的轉(zhuǎn)換。因此，在電子電力技術(shù)中，整流二極管工頻整流的AC/DC轉(zhuǎn)換形式是最為普遍和基本的電能形態(tài)。

通常情況下，電力系統(tǒng)中的電子設(shè)備都優(yōu)先選擇大電容器和橋式整流器濾波為其AC/DC轉(zhuǎn)換器，包括不同的設(shè)備，如電化學(xué)工業(yè)整流、直流電力機(jī)車、開關(guān)源電子整流器和便頻調(diào)速器等。但是，這些設(shè)備會(huì)受到大容量濾波電容器的影響。相對(duì)來說，二極管的導(dǎo)通角比較小，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，必須保證交流電壓達(dá)到正弦波的最高值。這樣可能會(huì)導(dǎo)致交流輸入電流波形明顯發(fā)生變形情況。在一定的情況下，基波低于三次諧波，窄尖峰脈沖是主要的表現(xiàn)形式。一般情況下，公路因素不會(huì)大于0.6，如圖1所示。

受到非線性整流元件的影響，輸入交流線路中電流i，不再表現(xiàn)為正弦波形。周期畸變波形通過傅立葉公式進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換，通常可以將交流進(jìn)線電流is表示為頻率工頻整數(shù)倍的諧波分量與工頻基波分量I'的綜合。假設(shè)電源電壓是純正弦波，那么，只能通過基波電流來傳輸平均功率，其主要原因在于其具有相同的頻率，且相位不為90 ？觷，平均功率不等于零。此時(shí)，整流器的平均輸出功率為進(jìn)線電流基波均方根值（I'）與電源電壓均方根值之間的乘積，再與I'相乘后在Us相位角01的余弦cos01，也就是P=Us（I'）cos01.

3 電力系統(tǒng)諧波與電力計(jì)量的影響

3.1 全電子式電能表

全電子式電能表計(jì)量應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，可完成電流和電壓瞬時(shí)值的采集與計(jì)算，主要是通過不同CPU頻率，根據(jù)正弦規(guī)律的變化實(shí)現(xiàn)。根據(jù)相關(guān)理論研究看，全電子式電能表的計(jì)算，可對(duì)諧波的總平均功率耗用值、負(fù)載基波和電量等方面進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄。但是，在實(shí)際的計(jì)量過程中，諧波電流流動(dòng)方向會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響，負(fù)載向電網(wǎng)諧波的流動(dòng)，記錄的電能量將會(huì)明顯小于負(fù)載實(shí)際消耗的基波電能。這是全電子式電能表的一種關(guān)鍵問題，主要原因是全電子式電能表需要加總諧波有功電能和基波有功電能。同時(shí)，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用全電子式電能表，因?yàn)橐恍┮蛩氐母蓴_，會(huì)形成一定的誤差。對(duì)高次諧波產(chǎn)生直接影響的因素，包括內(nèi)在因素和外界因素。

3.2 電磁感應(yīng)式電能表

傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式電能表的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是基波，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，不僅會(huì)出現(xiàn)基波，還會(huì)出現(xiàn)電壓和高次諧波分量電流。因此，在一定的程度上，電能表的旋轉(zhuǎn)圓盤阻抗和電壓線圈的阻抗會(huì)發(fā)生一些變化，并致使工作電壓磁通和電流磁通也隨之產(chǎn)生的變化對(duì)電磁轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生影響。這些因素的影響，會(huì)增加電磁感應(yīng)式電能表計(jì)量過程中所產(chǎn)生的誤差值。而且，電磁感應(yīng)式電能表的運(yùn)行過程中，因?yàn)榛ㄅc諧波相互疊加，所以會(huì)受到一定的影響，出現(xiàn)波形畸變。

4 結(jié) 語

電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，會(huì)存在一定的電力諧波，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成一定的影響。針對(duì)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的諧波源和諧波功率，全面了解電力系統(tǒng)中的諧波，才能根據(jù)諧波的特點(diǎn)，結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，選擇合適的電能計(jì)量設(shè)備和電能計(jì)量方式，最大程度降低電力諧波造成的影響，保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

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