非正弦不對稱三相三線制系統無功電能的計量分析

侯毅

摘要：現如今，我國電力部門都會對相關企業進行功率因數的考核，并將其最終的考核因數與規定功率因數值進行比較，進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設備的容量增大、線損率提高、而且會讓最終的電壓質量下降。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行闡述，其次在對三相系統無功功率的新定義進行分析，有所裨益。

關鍵詞：非正弦不對稱;三相三線制系統;無功電能計量

引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，工業及家用電器隨之得到了相應的提升。該現象的存在也在極大的程度上使得非線性負載日益增多，尤其是一些功率變流大的設備等的大量應用，而對這些大功率變流設備的大量應用，最終必將造成無功功率的進一步增大。因此，加大對非正弦不對稱三相三線制系統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的定義，國內外這方面的學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。通過各研究學者的不斷研究，現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，其主要可體現在以下幾個方面：

1.1基于頻域的傳統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行分析的時候，通常是建立在傅里葉級數分解的基礎上的，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在不同頻率的諧波無功率出現相互抵觸的現象。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行級數分級，其主要是建立在電流分解的基礎上的，所以，其代表為：Fryze。由于該理論可以實現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出無功象限的符號。

1.3 AKagi的瞬時無功理論

該理論是現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坐標上，進而得到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的平均值定義方式，而且可以在一定程度上實現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無功電能的計量上，可以采用該方法進行。另外，根據相關的研究調查可以發現，傳統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行計量時，不能使用正弦無功電能計量方法進行，而應該探索出全新的計量方法。目前我國現有的對非正弦無功電能進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行九十度移相的系統函數特性進行無功功率測量。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計比較困難，且需要具有較高的實時系統。

2、三相系統無功功率的新定義

從無功電能計量的角度上來看，只有對無功功率進行細致的定義，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。根據以往電路教材的內容可了解到，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。為了在一定程度上對三相不對稱系統的瞬時功率進行有效且詳細的分析，并從中得出瞬時無功功率的定義。相關人員需要對瞬時有功電流進行定義。這里所指的有功電流是，在滿足負載需求的情況下，存在理想的補償裝置。另外，三相系統無功功率的計量在非正弦不對稱三相三線制系統無功電能的計量應用上，其具體的實現過程為：（1）對電壓以及電流信號進行采樣，進而得打離散電壓、電流序列。在此過程中，為了實現電壓、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行一定判斷。（3）對其進行累加進而得到正反方向無功電能，從而實現基波及各次諧波正反方向的無功電能計量。當然，該方法同樣能夠在極大的程度上實現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處理方案進行，而該方案也將是電能計量一個全新發展趨勢。

結束語：

總而言之，隨著我國社會經濟的不斷發展，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，相關人員需要對非正弦不對稱三相三線制系統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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