非正弦不對稱三相三線制系統(tǒng)無功電能的計量分析

侯毅

摘要：現(xiàn)如今，我國電力部門都會對相關(guān)企業(yè)進(jìn)行功率因數(shù)的考核，并將其最終的考核因數(shù)與規(guī)定功率因數(shù)值進(jìn)行比較，進(jìn)而決定所需要收取的無功費用是多少。由于無功功率率的增加不但會讓相關(guān)設(shè)備的容量增大、線損率提高、而且會讓最終的電壓質(zhì)量下降。由此可見，無功電能的計量對用戶、以及電力部門十分重要，而無功電能計量的準(zhǔn)確性更是會對用戶、以及電力部門的利益造成直接性的影響。因此，在無功電能的計量上相關(guān)人員需要對其加以重視。針對非正弦不對稱三相三線制系統(tǒng)無功電能的計量，本文首先將對非正弦電路無功電能的計量進(jìn)行闡述，其次在對三相系統(tǒng)無功功率的新定義進(jìn)行分析，有所裨益。

關(guān)鍵詞：非正弦不對稱;三相三線制系統(tǒng);無功電能計量

引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)及家用電器隨之得到了相應(yīng)的提升。該現(xiàn)象的存在也在極大的程度上使得非線性負(fù)載日益增多，尤其是一些功率變流大的設(shè)備等的大量應(yīng)用，而對這些大功率變流設(shè)備的大量應(yīng)用，最終必將造成無功功率的進(jìn)一步增大。因此，加大對非正弦不對稱三相三線制系統(tǒng)無功電能的計量十分重要。本文也將針對非正弦不對稱三相三線制系統(tǒng)無功電能的計量。

1、非正弦電路無功電能的計量

對于非正弦無功功率而言，目前非正弦無功功率還沒有一個完全理想的定義。為了給與非正弦無功功率相應(yīng)的定義，國內(nèi)外這方面的學(xué)者隨之加大了對其的研究，并從頻域、以及時域等方面為其提出了多種功率理論。通過各研究學(xué)者的不斷研究，現(xiàn)如今對于非正弦無功功率的定義變得越來越多，但被大眾所接受的理論卻少之又少，其主要可體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1基于頻域的傳統(tǒng)非正弦無功功率理論

而該理論也是最早被人們接受的。該理論在對無功功率進(jìn)行分析的時候，通常是建立在傅里葉級數(shù)分解的基礎(chǔ)上的，其主要的代表就是：Budeanu。而通過給理論的公式可以了解到，該公式只是簡單的把各次的諧波無功率給疊加了起來。由于這種簡單的疊加方式會在極大的程度上使得最終出現(xiàn)在不同頻率的諧波無功率出現(xiàn)相互抵觸的現(xiàn)象。所以，總的來說，該理論是不合理的。

1.2基于時域的Fryze無功功率理論

該理論分析，不需要使用傅立葉進(jìn)行級數(shù)分級，其主要是建立在電流分解的基礎(chǔ)上的，所以，其代表為：Fryze。由于該理論可以實現(xiàn)簡單的有功電流及無功電流測量，所以其整體的物力意義并不是特別的明顯，且不能在很大的程度上反應(yīng)出無功象限的符號。

1.3 AKagi的瞬時無功理論

該理論是現(xiàn)在人們普遍所接受的。AKagi的瞬時無功理論主要是把三相電壓、電流變換到了α-β坐標(biāo)上，進(jìn)而得到α-β平面上的電壓、以及電流流向，并將最終的電流流向投影到電壓向量及其發(fā)線上，這樣就可以有效的得到最終的有功電流及無功電流。并且能夠從中得出相應(yīng)的三相瞬時有功功率及無功功率。

總的來說，相對前面兩種理論方面，該理論方法不但在極大的程度上突破了傳統(tǒng)的平均值定義方式，而且可以在一定程度上實現(xiàn)有源率波及無功補償。因此，在非正弦不對稱三相三線制系統(tǒng)無功電能的計量上，可以采用該方法進(jìn)行。另外，根據(jù)相關(guān)的研究調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)非正弦無功電能計量會涉及到一定的高次諧波檢測，所以，在對非正弦無功電能進(jìn)行計量時，不能使用正弦無功電能計量方法進(jìn)行，而應(yīng)該探索出全新的計量方法。目前我國現(xiàn)有的對非正弦無功電能進(jìn)行計量的方法是變換法。如：希爾伯特變換等。所謂希爾比特變換其主要指的是，利用其能同時對電壓或者是電力的各次諧波進(jìn)行九十度移相的系統(tǒng)函數(shù)特性進(jìn)行無功功率測量。從理論的角度看，只要把電壓與希爾比特變換的電流相乘即可。但其主要的問題在于，希爾波特的變換濾器設(shè)計比較困難，且需要具有較高的實時系統(tǒng)。

2、三相系統(tǒng)無功功率的新定義

從無功電能計量的角度上來看，只有對無功功率進(jìn)行細(xì)致的定義，才能在一定的程度上給出合理的無功計量方法，并且才能給出電力部門與電力用戶都能夠接受的計量方案。雖然在無功電能的計量上其過程比較復(fù)雜，而且要推出一個大家滿意的無功功率定義是一項十分困難的工作，但從電力用戶無功電能計量的角度給出一個合理的無功功率定義還是可以的。從計量的角度看，有功功率與無功功率都屬于平均功率，且完全符合量損耗角度。根據(jù)以往電路教材的內(nèi)容可了解到，有功功率的定義通常是從瞬時功率開始定義的，所以，無功功率的定義也可從瞬時這個角度出發(fā)。為了在一定程度上對三相不對稱系統(tǒng)的瞬時功率進(jìn)行有效且詳細(xì)的分析，并從中得出瞬時無功功率的定義。相關(guān)人員需要對瞬時有功電流進(jìn)行定義。這里所指的有功電流是，在滿足負(fù)載需求的情況下，存在理想的補償裝置。另外，三相系統(tǒng)無功功率的計量在非正弦不對稱三相三線制系統(tǒng)無功電能的計量應(yīng)用上，其具體的實現(xiàn)過程為：（1）對電壓以及電流信號進(jìn)行采樣，進(jìn)而得打離散電壓、電流序列。在此過程中，為了實現(xiàn)電壓、電流基波、以及各次諧波的分析需要采用傅立葉變換法。（2）利用相關(guān)等式求出基波及各次諧波三相無功電能，并對無功電能的正反進(jìn)行一定判斷。（3）對其進(jìn)行累加進(jìn)而得到正反方向無功電能，從而實現(xiàn)基波及各次諧波正反方向的無功電能計量。當(dāng)然，該方法同樣能夠在極大的程度上實現(xiàn)有功電能正反向的計量。在整個計量的過程中，為了提高精度，相關(guān)人員需要采用高速、且存儲容量大的芯片。這里可采用高效A/D芯片與DSP處理方案進(jìn)行，而該方案也將是電能計量一個全新發(fā)展趨勢。

結(jié)束語：

總而言之，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，由于無功電能的計量對用戶、以及電力部門十分重要，而無功電能計量的準(zhǔn)確性又會對用戶、以及電力部門的利益造成直接性的影響，所以，相關(guān)人員需要對非正弦不對稱三相三線制系統(tǒng)無功電能的計量加以研究，并找出有效的計量方法。

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