論電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響

林琳

摘 ?要：在現(xiàn)實(shí)情況下電力諧波普遍存在以電力系統(tǒng)中，文章結(jié)合這一現(xiàn)狀，分析介紹了產(chǎn)生電力諧波的原因及其危害性，其次分析了諧波對(duì)電能計(jì)量的影響，尤其是對(duì)感應(yīng)式電能表和電子式電能表的影響，提出了抑制電力諧波的具體措施，希望能夠提高抑制電能諧波的水平，促進(jìn)新的電能計(jì)量方式的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力諧波;電能計(jì)量;影響

中圖分類號(hào)：TM711 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）35-0085-02

1 ?概 ?述

隨著我國(guó)國(guó)家電力系統(tǒng)對(duì)電力電子技術(shù)的廣泛使用，導(dǎo)致我國(guó)電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷用戶數(shù)量大幅增加，其向電網(wǎng)中注入的電力諧波也越來(lái)越多，這既導(dǎo)致了電力系統(tǒng)中的電壓和電流波形的劇烈畸變，影響電能質(zhì)量，同時(shí)也在一定程度上影響了輸電設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、 通信設(shè)備、 計(jì)量?jī)x表等的正常工作，影響了電能計(jì)量的精確性和嚴(yán)密性。因此，要提高用戶以及供電公司的經(jīng)濟(jì)效益，降低電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響就顯得尤為重要。本文就降低電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響進(jìn)行了探討。

2 ?電力諧波產(chǎn)生的原因極其危害性

2.1 ?產(chǎn)生的原因

電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的原因有很多，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，其產(chǎn)生的主要原因是以下幾個(gè)方面。

2.1.1 ?發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生的諧波

發(fā)電機(jī)本身質(zhì)量不高，原因如：發(fā)電機(jī)采用的是三相繞組的制作方式，但在制作過(guò)程中并不能保證其絕對(duì)的對(duì)稱性;發(fā)電機(jī)的鐵芯要保證絕對(duì)的均勻一致也比較難等，因此在發(fā)電的過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生一些諧波。

2.1.2 ?輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波

輸配電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波主要是源自電力變壓器。 變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性， 加上設(shè)計(jì)時(shí)考慮其經(jīng)濟(jì)性等原因，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上， 這樣就使得磁化電流呈尖頂波形， 因而含有奇次諧波。而且鐵心的飽和程度對(duì)諧波電流的影響程度相當(dāng)高，即鐵心的飽和程度越高， 變壓器工作點(diǎn)就會(huì)比線性偏離越遠(yuǎn)， 因而諧波的電流也就越大。

2.1.3 ?用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波

用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波，主要是來(lái)自晶閘管整流設(shè)備。 由于晶閘管整流在許多方面都有著廣泛的運(yùn)用，尤其是在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等方面，這就是電網(wǎng)中大量諧波產(chǎn)生的主要來(lái)源。

2.2 ?危害性

2.2.1 會(huì)導(dǎo)致波形畸變

當(dāng)我國(guó)電網(wǎng)被大量的非線性用戶注入諧波功率時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中基波被諧波影響，甚至與其相迭加，從而導(dǎo)致波形發(fā)生畸變。

2.2.2 ?會(huì)對(duì)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生影響

由于諧波的頻率高于基波，這就使得電動(dòng)機(jī)受外因干擾，增加對(duì)能量的消耗。如在磁滯、渦流和集膚效應(yīng)的影響下。不僅如此，受諧波電流的影響，還會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)生損耗增多、鐵損加重等情況。

2.2.3 ?會(huì)影響電力變壓器

通常情況下，由于變壓器所產(chǎn)生諧波的電流通常會(huì)比較小，也不會(huì)導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)發(fā)熱和鐵損現(xiàn)象。但是，在起初接通電源的一瞬間，變壓器中的諧波電流卻是相當(dāng)?shù)拇螅踔链蟮绞穷~定電流的數(shù)多倍，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但會(huì)對(duì)變壓器的使用壽命產(chǎn)生影響。而且諧波的諧振會(huì)導(dǎo)致電流放大，影響變壓器壽命。

2.2.4 ?會(huì)影響電力電容器

電容器是一種較為常用的電子元器件。但由于其特殊性質(zhì)，導(dǎo)致其相比其他電子產(chǎn)品而言，受到諧波的破壞可能性更大、程度更高。因此，諧波是影響電容器安全運(yùn)行的較為關(guān)鍵的因素。

3 ?諧波對(duì)電能計(jì)量的影響

3.1 ?諧波對(duì)感應(yīng)式電能表的影響

機(jī)械式電表的組成部分包括驅(qū)動(dòng)元件、轉(zhuǎn)動(dòng)元件、制動(dòng)元件、軸承、計(jì)度器和輔助部件，其顯示電量的原理是通過(guò)交變電壓和電流在穿過(guò)電表轉(zhuǎn)盤的過(guò)程中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，從而使之轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)計(jì)數(shù)器字輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且在不同電流、影響因素不同的情況下，即使通過(guò)多種方式進(jìn)行調(diào)整，但都不能很好的控制其精確度。

感應(yīng)式電能表的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是交流電基波，電能表在計(jì)量時(shí)的工作原理是通過(guò)磁感應(yīng)的驅(qū)動(dòng)元件產(chǎn)生力矩，從而帶動(dòng)計(jì)度器計(jì)量電能。當(dāng)電力系統(tǒng)因?yàn)楦鞣N原因?qū)е轮C波產(chǎn)生時(shí)，電能表上的電流、電壓并不是正常情況下的電流、電壓，而是受諧波的影響，諧波與基波相加后的畸變的電流、電壓。

因此，由于驅(qū)動(dòng)元件所產(chǎn)生的磁感應(yīng)也隨著電流、電壓的畸變而發(fā)生變化，驅(qū)動(dòng)元件上產(chǎn)生力矩也相應(yīng)改變，從而對(duì)電能表的誤差也造成了較大影響，所以感應(yīng)式電能表（機(jī)械表）的誤差受諧波的影響較大。

3.2 ?諧波對(duì)電子式電能表產(chǎn)生的影響

隨著國(guó)家對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)加快，主要的現(xiàn)代電子式電能表是智能電能表或多功能電能表，組成其完整結(jié)構(gòu)的是計(jì)量芯片、微處理芯片、通訊模塊等部件。它的功能非常強(qiáng)大，不僅能夠精準(zhǔn)計(jì)量，還可以進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程通信（及時(shí)、完整、準(zhǔn)確獲取用戶用電信息）、遠(yuǎn)程停送電、異常報(bào)警、信息傳輸與交互等。電子式電能表計(jì)算電能是以基波和諧波相加的結(jié)果為基礎(chǔ)的，對(duì)于線性用戶而言，其不僅多計(jì)了電能，而且還帶有有害的諧波;而對(duì)于非線性用戶而言，由于諧波中的有一部分進(jìn)入了電網(wǎng)，所以其電能小于實(shí)際電能，但是對(duì)電網(wǎng)造成了污染。

雖然電子式電能表沒(méi)有產(chǎn)生像感應(yīng)式電能表因諧波而造成機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)加快、元件的磨損程度增加以及傾斜度等問(wèn)題，但是也存在很多缺陷。目前，為了能夠準(zhǔn)確測(cè)量諧波的影響，提高電能信號(hào)水平，可以對(duì)電能取樣的區(qū)間頻率進(jìn)行分析，從而對(duì)諧波進(jìn)行多次計(jì)量。

3.3 ?諧波對(duì)電能計(jì)量合理性的影響

由于諧波的影響，目前我國(guó)采用的全能量的計(jì)量方式在準(zhǔn)確性和合理性之間不能達(dá)到統(tǒng)一。例如：在非線性系統(tǒng)中，作為諧波“制造者”的非線性用戶，由于諧波有一部分進(jìn)入了電網(wǎng)，其支付的電能小于實(shí)際計(jì)量的電能，然而由于電能的收支平衡，由諧波“制造者”造成的這部分損失卻要由諧波的“受害者”線性用戶支付。很明顯，這是不合理的，而且也對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)了損失，不利于電網(wǎng)安全而正常的運(yùn)行。

3.4 ?諧波對(duì)電能計(jì)量準(zhǔn)確性的影響

諧波影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，電能表計(jì)量基波和諧波的總電能是否會(huì)因諧波的存在而不同，從而對(duì)計(jì)量精度產(chǎn)生影響。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，正常情況下測(cè)量電能時(shí)，要通過(guò)互感器將電壓、電流轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，然后進(jìn)入電能表，受諧波的影響，電壓、電流發(fā)生畸變，進(jìn)入互感器的信號(hào)與正常情況下存在差異，因此，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度也會(huì)隨著互感器的準(zhǔn)確度而變化。

4 ?降低諧波對(duì)電能計(jì)量影響的措施

4.1 ?加大諧波監(jiān)測(cè)和治理力度

①加大對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)以及主要的諧波源的檢測(cè)力度，并以其為重點(diǎn)，對(duì)與諧波源有聯(lián)系的變電站采取必要的質(zhì)量檢測(cè)裝置進(jìn)行即時(shí)監(jiān)測(cè);

②完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)機(jī)制所獲信息進(jìn)行及時(shí)了解，并作出科學(xué)有效的決策，從而能夠及時(shí)處理電網(wǎng)的污染;

③科學(xué)規(guī)劃，嚴(yán)格控制諧波源接入的要求;

④對(duì)于諧波含量超標(biāo)的用戶，不管其以何種形式接入，都應(yīng)該嚴(yán)厲禁止;

⑤對(duì)于非線性用戶，必須監(jiān)督其做好諧波的后續(xù)處理措施，否則不予通過(guò)。

4.2 ?科學(xué)確立電能計(jì)量方案

針對(duì)不同的諧波對(duì)象，應(yīng)采用不同的電能計(jì)量方案。

①對(duì)于諧波源用戶，其計(jì)量點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)該與諧波源保持距離，甚至遠(yuǎn)離諧波源;

②對(duì)于產(chǎn)生諧波較重的電廠或用戶，其計(jì)量點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)該盡可能的以諧波較小的為端口，從而達(dá)到降低諧波對(duì)計(jì)量裝置的影響的目標(biāo);

③最后，作為關(guān)口計(jì)量表，應(yīng)該選用多功能電能表，具備高穩(wěn)定性、高可靠性、高精準(zhǔn)度的特點(diǎn)。

4.3 ?增加換流裝置的相數(shù)

換流裝置是供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波的主要來(lái)源之一。根據(jù)對(duì)理論研究的分析，當(dāng)換流裝置的相數(shù)增加時(shí)，換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)可以對(duì)大幅值的低頻項(xiàng)進(jìn)行有效的控制并消除，從而使諧波電流的有效值在很大程度上的減小，也減小了對(duì)計(jì)量裝置的影響。

5 ?結(jié) ?語(yǔ)

電力諧波產(chǎn)生的原因有很多，由于電力設(shè)備等原因，導(dǎo)致很多問(wèn)題是無(wú)可避免的。因此，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如何對(duì)電力諧波進(jìn)行科學(xué)有效的控制和處理，提高科技人員的技術(shù)創(chuàng)新能力和水平，盡量降低電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響。

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