探析電力諧波分析設(shè)備中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

胡曉

摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子設(shè)備得到了迅速普及，同時很多非線性負(fù)載也得到了廣泛的使用，所以，公用電網(wǎng)受到了電力系統(tǒng)諧波的嚴(yán)重污染，并且這種情況一直在持續(xù)加重。電力諧波不但會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成不良影響，同時也會給電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行帶來一定程度的安全隱患，因此，一定要做好監(jiān)測和分析電力諧波的工作，對促進(jìn)電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。本文首先分析了諧波的現(xiàn)狀，并且對諧波的危害進(jìn)行了簡單介紹，然后討論了電力系統(tǒng)中諧波是如何產(chǎn)生的，同時對當(dāng)前諧波分析設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了研究，為解決電力系統(tǒng)諧波的污染提供有效參考。

【關(guān)鍵詞】電力諧波 設(shè)備分析 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1 諧波現(xiàn)狀、危害和來源分析

1.1 諧波現(xiàn)狀淺析

在對市場上常用的電器進(jìn)行諧波測試了解到，當(dāng)前環(huán)境下，國內(nèi)的工業(yè)企業(yè)存在著非常嚴(yán)重的諧波污染，特別是早期為了進(jìn)一步的節(jié)約成本，而引入的變頻電源和投入的直流用電器。在基波中，諧波電流含量占到總含量20%、11%和6%的分別是5次、7次以及11次諧波電流，對于一些小功率用戶來說，產(chǎn)生的危害不是很大，而對于一些大功率用戶來說，產(chǎn)生的危害就非常的大了。

1.2 諧波危害

諧波會產(chǎn)生十分嚴(yán)重的危害，它會大大降低電能的生產(chǎn)和利用以及傳輸效率，引起電氣設(shè)備發(fā)熱量過高、產(chǎn)生噪聲和振動，同時會導(dǎo)致絕緣老化，大大縮短了電氣設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致電氣設(shè)備產(chǎn)生故障或者燒毀。諧波還會導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)局部的串聯(lián)或者并聯(lián)諧振，放大了諧波含量，造成電容器燒毀。不僅如此，諧波也會導(dǎo)致自動裝置和繼電保護(hù)進(jìn)行誤動作，造成電能計量產(chǎn)生混亂。針對電力系統(tǒng)的外部來看，諧波還會對電子通信設(shè)備帶來嚴(yán)重的干擾。所以，解決諧波問題對促進(jìn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和保護(hù)電力設(shè)備具有重要意義。

1.3 諧波來源

從諧波的分量來看，隱極機(jī)是要優(yōu)于凸極機(jī)的，而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，投入了IGBT，可控硅等電子勵磁裝置，從而引起發(fā)電機(jī)諧波分量的上升。如果發(fā)電機(jī)端電壓超過額定電壓的10%以上，會明顯增加兩次側(cè)電壓的3次諧波。電網(wǎng)電壓的偏移量通常是低于7%的，因此，很多變電、發(fā)電設(shè)備的產(chǎn)生的諧波分量并不是很大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家的考核標(biāo)準(zhǔn)。所以變電、發(fā)電設(shè)備并不是主要影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的因素。所以對電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要因素其實是非線性用電設(shè)備，主要的諧波源是由非線性用電設(shè)備導(dǎo)致的，而非線性用電設(shè)備主要包括以下幾種類別：

（1）電解、電力機(jī)車以及電鍍等交流整流直流用電設(shè)備；

（2）變頻空調(diào)和變頻調(diào)速等交流整流再逆變用電設(shè)備；

（3）彩色電視機(jī)、電子整流器、中頻爐和電腦等開關(guān)電源設(shè)備；

（4）電焊機(jī)、電弧爐等電弧加熱設(shè)備。

2 電力系統(tǒng)諧波分析設(shè)備中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常包括兩個主要部分，分別是硬件和軟件部分。硬件部分主要包括主機(jī)和接口電路、模擬量輸入以及輸出通道，還有標(biāo)準(zhǔn)通信接口等；軟件部分主要有數(shù)據(jù)的采集和處理程序，以及監(jiān)控和接口管理等程序。通常情況下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是由采樣/保持器、傳感器、計算機(jī)和外設(shè)以及A/D轉(zhuǎn)換器等幾個部分組成，具體如圖1所示。

2.1.1 傳感器

傳感器主要發(fā)揮的是被檢測物理量轉(zhuǎn)換為電信號的作用，被檢測的物理量有壓力、溫度和流量等，這些被檢測的物理量和傳感器產(chǎn)生的電信號是存在關(guān)系的，

2.1.2 信號調(diào)理電路

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要接受的信號分別有開關(guān)信號、數(shù)字信號、以及模擬信號。針對開關(guān)和數(shù)字信號，可以對其進(jìn)行直接處理。但是通常情況下接受的都是模擬信號，所以需要對傳感器轉(zhuǎn)化后的信號進(jìn)行優(yōu)先調(diào)理。主要是為了緩沖、衰減、濾波、隔離、放大以及線性化傳感器產(chǎn)生的低電平信號。

2.1.3 采樣/保持器

由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器在完成一次轉(zhuǎn)換時需要花費一定的時間，因此，為了提升轉(zhuǎn)化的精度，在轉(zhuǎn)換過程中一定要將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端的模擬電壓信號保持住，也就是讓輸入信號始終處于保持狀態(tài)。采樣/保持器其實就是一個“模擬信號存儲器”。

2.1.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器

模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以稱為A/D轉(zhuǎn)換器，主要是將模擬信號向數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集精度和采集速率有著直接的影響，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換器是采樣通道最關(guān)鍵部件之一。

2.1.5 接口電路

模數(shù)轉(zhuǎn)換器在將數(shù)字信號輸出以后，需要對數(shù)字信號進(jìn)行電平調(diào)整之后才可以送入計算機(jī)，而接口電路就是用于這類操作的。

2.2 數(shù)據(jù)采樣的方法分析

對于交流信號的采樣主要有兩種方式，一種是直流采樣，另一種是交流采樣。直流采樣主要是將變送器輸出的直流量進(jìn)行模數(shù)裝換，在一些對采樣速率沒有較高要求的情況下可以進(jìn)行應(yīng)用。直流采樣的優(yōu)點設(shè)計的軟件較為簡單，計算起來比較方便，但是只能對被測量信號的單一信息進(jìn)行反應(yīng)，對于一些信號的突變不能夠及時的反映出來；交流采樣是以Nyquist的采樣定理作為理論基礎(chǔ)的，它的采樣值包含著非常大的信息量，所以計算量也非常的大，可以對所需要的諧波相位、分量、有效值等信息利用不同的算法求出。并且由于交流采樣具有較好的時效性，其硬件在設(shè)計上較為簡單，所以在當(dāng)前的數(shù)據(jù)采樣中此采樣方法的應(yīng)用較為廣泛。

3 結(jié)語

隨著電子技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電能質(zhì)量問題越來越受到供電部門和用戶的重視，當(dāng)前的多種用電設(shè)備中都有電力諧波的存在，帶來了十分嚴(yán)重的危害。通過電力諧波分析設(shè)備對電力系統(tǒng)中的諧波可以進(jìn)行有效的采集并處理，因此，要加強(qiáng)諧波分析設(shè)備中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)力度，有效提升電能質(zhì)量、保證電網(wǎng)的持續(xù)安全運行。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

安徽理工大學(xué) 安徽省淮南市 232000endprint