探究电力谐波在电力计量中的应用

【摘 要】电力系统中,电力谐波的干扰是不可避免的现象,谐波是由电力系统中的主要设备硬件因素引起的,其对电力计量的准确性和合理性实时产生影响,因此有必要对电力谐波进行技术的改进及有限的控制.

【关 键 词】电力谐波；电力计量；应用

1电力谐波的产生和测量

1.1电力谐波产生的原因

第一,发电源的质量低而出现电力谐波.发电机之中的三相绕组在工作的时候不能够达到完全对称,并且发电机铁芯也不能做到绝对的均匀而一致,加上其他的发电机的其他干扰因素,使发电源产生谐波,不过,发电机谐波相对较少.

第二,输电系统产生谐波.在输配电系统中产生的谐波最主要的是由变压器所产生的.由于变压器铁芯出现饱和,磁化曲线非线性,以及变压器设计时出于经济性的考虑,使得工作磁密在磁化曲线的饱和段上,导致磁化电流呈非平滑线性的特征,含有奇次谐波.在变压器工作中,铁芯越是具有较高的饱和程度,变压器工作点就越是偏离线性规律,其谐波也就越强.

第三,用电设备产生谐波.晶体闸管整流在开关电源、电动机车、铝电解槽、充电设备等方面应用广泛,导致电网中产生大量的谐波.当整流装置是单相电流电路的时候,接感性负载就会产生谐波电压,其中第三次的谐波含量高达30%,电容量增加就会使谐波含量增加.据测算,整流装置产生的谐波在电力谐波中占40%,为最主要的谐波源.

1.2电力谐波的测量方式

研究谐波就要对其进行必要的测量,不可以回避要点,这是控制谐波最基础的工作.通过对谐波进行测量,能够达到对谐波的在电力网络中的实时监测与控制,掌握谐波的方向和含量,并对谐波流向进行分析,同时对其相位、电压电流幅值、次波含量、正反电量等参数进行计量,为电力部门对谐波的控制和治理提供数据支持.由于谐波所具有的成因复杂、不稳定、随机性、非线性等特点,所以难以达到对谐波准确无误的测量.目前,测量电力谐波的主要方法有：小波法测量、神经网络测量、瞬时无功率测量、傅里叶变换测量、带阻滤波器测量或模拟带通测量.每一种测量方法都有其各自的优缺点,当前最为常见的测量方法是傅里叶变换频域分析测量.

2电力谐波对电力计量的影响

2.1对电表电感的影响

电感式电表的工作原理是依靠磁感应进而产生力矩来促使器件转动,从而进行计量.电压线圈在工作中,电流磁通有两部分：一是穿过铝盘,通过回磁板进而形成的工作磁通；二是不穿过铝盘,利用左右铁轭的作用形成的分工作磁通.由电流线圈所引起的磁通会穿过铝盘两次,并且由于电流组件的影响而形成回路.另外,电流线圈与电压线圈所产生的交变磁通穿过铝盘的位置不同,使得感应电流出现在铝盘的不同地方,这种电流同磁场的共同作用促使铝盘转动,其中,铝盘的转动和负载有功的功率成正比例的关系.电磁感应电表的设计就是以基波作为基础的,基波和谐波的叠加产生的电流和电压有着畸变的现象,这样一来就会使电感式电表误差率的曲线迅速下降,在计量中影响着电表的准确性.

2.2对电子式电表的影响

电子式电表较感应式电表,在频率变化中其计量误差较小.但是如果在将基波计量作为标准,那么这种电表的误差比感应式电表要大.这主要还是由于电表的制作原理所决定,电表是A/D采用、乘法器、处理器、显示输出,根据正弦50Hz在国家规定的标准内进行工作.根据相关的检定规定,电子式电表的电压和电流正弦波的失真是在一定的允许范围内的,但是多次谐波会致使波形计量超出限制,由于失真而造成乘法器产生误差.

3谐波在计量中的应用和发展

3.1谐波在电力计量中的应用

电力谐波存在时,电力计量的方式主要为三种：a.使电表能够最大程度的反应实际功率,这种功率是谐波和基波共同产生的综合功率,其计量方式是全能量的,提高了电表功率的反应性；b.提高了电表抗干扰的能力,进行纯基波的计量,即只对基波功率进行测量,过滤和忽视谐波；c.利用电表将谐波与基波分辨和区别开,分别进行功率的计量,也就是谐波计量方式.随着计费标准和技术手段的进步,这种方式必然成为电能计量的重要手段.

3.2谐波计量的发展

目前我国的电力计量主要采用的是全能量计量的方式,在基波电流较为稳定的情况下,这种计量方式有着准确可靠的特性,但是如果被谐波干扰,并且超出了设备可控范围时,就会使全能量计量失去原有的作用,导致误差增加.基于此种情况,未来的电力计量发展趋势会是将基波和谐波分离开,进行分别计量.在电力计量的实践和研究中,努力建立起新的电力系统,其较传统的更为简化,对受到谐波所影响的德尔计量的误差做模型化处理,进而在谐波和基波的作用下来确定非线性模型,从而使两者区别开,并对谐波影响下的有效电流进行科学计量,实现针对有效谐波的计量目标.

3.3谐波电表的发展

技术人员十分重视电力计量中谐波的干扰,在不断地加强科研投入的情况下,已经成功研谐波电表,这种电表主要适用于谐波用户的计量.但是目前还没有一个针对谐波电量的统一收费标准,因此谐波电表的广泛应用仍需要一定时间.不过谐波电表在进行试验的时候却是有着十分突出的优点.

众所周知,感应式电表在工作中会由于倾斜度增加、器件失灵及机械的运转导致计量的失真,然而谐波电表能够完全解决这种问题.谐波电表是电能表的进一步研发,由原有单片机作为基础而发展,使用的芯片具有非常大的容量,通过A/D结合DSP与CPU以及汉字点阵字库的形式,利用专用芯片和完善的独立计算,使宽量限、大量程电表得以拓展,实现对基波和谐波的分别测量和区别计量,使电表具备计量电能总量、实际消耗电能、基波无功电能和有功电能等功能.经过改进之后的全新电子式电表的频率响应比以往的电表更宽,而且误差频率特性的曲线更为的平直,因此在谐波的存在之下,这种电子电表在电力计量中所产生的误差将会比感应式电表更小,而且能够将谐波和基波进行分别的计量.

4结束语

电力谐波的产生是不能够被避免的,合理控制和利用电力谐波是一项具有重要意义的任务,同时又是一个巨大的挑战.当前电网中的非线性荷载不断增加,导致谐波总量随之增加,对电力计量产生了严重影响,造成计量失真.研制具有高精确性、高灵敏度的谐波计量器是目前电力计量发展的要求,从而达到有效谐波与基波共同计量的目标.