電力諧波自身技術的發展與改進在電力計量中的應用芻議

葉向明

[摘要]電力諧波作為電力系統不可避免的干擾現象，由于電力系統硬件特點，在不可避免的情況下，必須對相關技術進行改進。在異常頻率影響下，電力系統頻率異變和基波電流、電壓具有直接關系，從而對用電設備以及供電系統正常使用。本文結合我國電力諧波自身技術發展改進在電力計量中應用，對電力諧波測量、諧波對電力計算的影響以及應用發展進行了簡要的探究和闡述。

[關鍵詞]電力諧波；自身技術；電力計量；應用發展

[中圖分類號]F224-39 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0386-02

在電力系統中，電力諧波主要由諧波源產生，在電力系統諧波電流中，諧波電壓下降，在形成新型的諧波電壓的過程中，對系統內部正常電壓造成了很大的影響，從而導致系統電能質量下降。諧波測量監控作為電力系統供電質量的重要保障，諧波測量作為諧波問題的關鍵因素，它是電力系統諧波研究的依據。在諧波測量中，相關人員在電網監控中，通過掌握電網監控方向、波量，明確電力系統諧波方向；根據諧波流量、電流電壓幅值、相位參數以及諧波含油率，對電力部門諧波進行整治。由于電力系統諧波具有隨機性、分布性、不穩定性、分線性，在成因復雜的過程中諧波測量非常復雜；目前，我國采用的諧波測量方法主要有：帶阻濾波器或者帶通模擬測量、傅立葉變換測量、瞬時功率測量、神經網絡測量、小波測量等，在這些測量中，以傅立葉變換頻域在電力計量中應用最為廣泛。

一、電力計量中的電力諧波測量

（一）電力諧波產生

在電力計量中，電力系統電源質量較差，在極容易產生諧波的過程中，由于發電機三相繞組在電力系統生產過程中不能形成完全對稱的體系（如圖1所示）；因此，很多鐵芯不能達到標準要求，在不均勻的影響下，雖然諧波在發電機中的比例相對較小，發電過程的干擾因素對電力諧波造成了很大的影響，在發電源中產生不同量的諧波。

在輸電系統諧波中，輸電諧波主要是變壓器引發的諧波。當電力系統變壓器出現鐵芯飽和時，由于非線性的磁化曲線，在變壓器設備經濟環境下，造成電力系統變壓器磁密選擇集中在系統曲線飽和段上，讓電力系統磁化電流產生大規模非平滑線的特點。在大量奇次諧波影響下，工作鐵芯飽和度越高，電力系統變壓器工作點就越容易產生偏離，諧波電流越大。

在用電設備諧波中，由于電力系統晶體管蒸餾設備，在鋁電解槽、電力機車、電力設備充電、相關設備開關過程中得到了廣泛的應用，從而給電力網絡諧波產生埋下了隱蔽的源頭。當電力系統單相電路電流為整流裝置時，感性負載一旦接觸，就會生出諧波電流，第三次諧波電流甚至可以達到整個基波電流的30%左右。在電力系統接容性負載的過程中，產生電力系統諧波電壓，諧波含量隨著系統電容增大而不斷提升。在電力計量實際測算中，整流裝置引起的電力系統諧波占整個電力諧波的40%左右，是電力諧波的主要來源。

為了保障電力諧波自身技術發展改進在電力計量中得到切實應用，必須對諧波進行認真的測量，在精心研究諧波問題對電力計量造成的影響時，掌握諧波控制要點。通過電力系統諧波測量，在電力網絡中對諧波進行實時性控制、檢測，通過不斷掌握含量方向，明確電力系統諧波流向；通過正確計量電力正反電量、諧波含量、電流電壓幅值以及相位參數，為電力系統網絡控制、諧波治理提供對應的依據。

二、電力諧波對電力計量的影響

（一）對電表電感的影響

在電力系統中，電感式電表根據電力系統磁感應，不斷推動相關器件力矩，保障電力計量工作。在電壓線圈工作中，電流磁通主要分成兩個部分：一個是穿過鋁盤，充分利用回磁板不斷形成的磁通；另外一個則是不穿過鋁盤，在兩側作用下不斷形成磁通。由于電力系統電流線圈磁通極大可能會2次穿過電力系統鋁盤，在電流組件的影響下，不斷形成電流回路。

由于電流線圈和電壓線圈在電力系統運行中產生的交變磁通，對于不同地方穿過磁通，會產生不同的鋁盤轉動，在這個過程中，有了負載和鋁盤轉動呈正比關系，以電波為基礎的電磁感應式電表，由于基波、諧波疊加產生的電流、電壓畸變現象，在電感式電表曲線特性誤差率逐漸下降的過程中，對電力計量電表準確性造成了很大的影響。

（二）對電子式電表影響

和感應式電表相比，該類電表計量誤差在頻率變化中相對較小。因此，在基波計量標準中，由于電子式電表工作原理，感應式電表誤差比電子式電表計量誤差小。在電力系統中，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50Hz的正弦，在國家標準范圍內進行具體工作。在電子式電表檢查標準中，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，避免多次電力系統諧波中，波形計量超限等問題，從而造成電力計量乘法器誤差。

三、電力諧波自身技術改進發展在電力計量的應用和發展

（一）電力諧波對電力計量的應用

在電力系統諧波存在的情況下，電能計量主要包括三種形式：在促進電力系統電表功率反應特征的過程中，讓電表盡量反應出實際功率，即：諧波和基波形成的綜合性功率，以一種全能量的計算方式進行計算；由于經常忽視電力系統諧波過濾，在促進電表抗干擾性能的同時，對基波進行功率測量，從而形成純基波電力計量方式；在充分利用電表對諧波、基波功率區別、分辨的過程中，獲得諧波電能計量方式，隨著計費標準、技術手段不斷改進，逐漸成為當今電能計量的趨勢。

（二）諧波計量發展

根據調查顯示，我國電力系統電力計量中，通常使用全能量計量，當電力系統基波電流相對穩定的時候，電力計量比較可靠準確；當電力系統出現諧波干擾，并且大于計量設備允許的范圍時，電力系統全能量計量表就會失去作用，導致誤差不斷增加。因此，在實際工作中，必須將基波、諧波分開，在分別計量的過程中，促進電力計量發展。在電力系統研制中，同簡化系統，將德爾計量進行模型化處理，根據基波線性模型和非線性模型，從根本上保障諧波計量目標。

（三）諧波電表發展

由于電力系統諧波干擾，我國技術人員根據諧波特點，研制了諧波電表，通過用戶對諧波進行專門性計量，由于我國諧波電量沒有健全的收費標準，因此，要實現諧波電表，必須依靠時間進行錘煉。在原有單片機發展中，諧波電表綜合了以往電能表研發，逐漸消除了感應式電表機械運轉、傾斜度、器件失靈造成的電力計量失真；在大容量芯片中，通過漢字點陣字庫以及CPU結合DSP和A/D的方式，進一步完善專用計量芯片；在不斷拓展容量限、大量程電表的過程中，保障基波、諧波分別測量的能力，讓電表進一步具備基波無功電能、有功電能、性能量等。這種新型的電子式電表，相比傳統電表，具有更寬的頻率響應，讓誤差頻率特性曲線更加平直，當諧波存在時，電表誤差遠遠小于感應式電表，從而實現諧波、基波分別計量的目標。

結束語

隨著我國電力工業快速發展，各種電網裝機容量不斷加大，電子元件使用越來越多，導致大量電流諧波進入電網，對電能質量造成影響。因此，為了保障電力系統正常運行，在實際工作中，必須根據電力諧波產生測量方法，在明確電力計量影響的過程中，推動電力諧波在電力計量的應用。

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