1、諧波對(duì)電能計(jì)量的影響分析 諧波對(duì)電能計(jì)量的影響分析 【摘要】這篇論文首先從電網(wǎng)常見的諧波源下筆著手，通過(guò)對(duì)諧波產(chǎn)生原因的探討，進(jìn)而詳細(xì)的闡述了諧波對(duì)電能計(jì)量的影響。 【關(guān)鍵詞】諧波，電能計(jì)量，影響分析 中圖分類號(hào)： F407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 一、前言 電能計(jì)量是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)核算的依據(jù),其精度關(guān)系到電力供需雙方的經(jīng)濟(jì)效益。而電力諧波的存在,使得電能計(jì)量失準(zhǔn),這給供用電雙方都帶來(lái)影響。隨著電力電子技術(shù)的開展,電網(wǎng)中的諧波污染越來(lái)越嚴(yán)重,電能表是否準(zhǔn)確、真實(shí)地反映用戶的用電量是需要深入探討的問(wèn)題。因此分析研究諧波對(duì)電能計(jì)量的影響具有重要意義。 二、電網(wǎng)常見的諧波源 及諧波產(chǎn)生原因分析 由于交流電網(wǎng)有效

2、分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波。由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。 根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)的原理，周期函數(shù)都可以展開為常數(shù)與一組具有共同周期 的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)之和諧波的頻率必然也等于基波的頻率的整數(shù)倍，基波頻率3倍的波稱之為三次諧波，基波頻率5倍的波稱之為五次諧波，以此類推。不管幾次諧波，他們都是正弦波。 諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)

3、和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。 1、發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波 發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱，鐵心也很難做到絕對(duì)均勻一致和其他一些原因，電源多少也會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般來(lái)說(shuō)很少。 2、輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波 輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大。 3、用電設(shè)備產(chǎn)生

4、的諧波 晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一局部缺角的正弦波，顯然在留下局部中含有大量的諧波。變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的開展，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波污染也越來(lái)越多。 由于加熱原料時(shí)電爐的三相電極很難同時(shí)接觸到上下不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流。家用電器。電視

5、機(jī)、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會(huì)產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來(lái)源之一。 三、諧波對(duì)電能計(jì)量的影響分析 1、諧波對(duì)電能計(jì)量方式的影響分析 在傳統(tǒng)電能計(jì)量方式中，通常采用以計(jì)量全能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，。過(guò)去的電力系統(tǒng)受規(guī)模和技術(shù)的限制，諧波的影響程度較小，所以可無(wú)需考慮諧波因素采用全能量計(jì)量方式。然而，隨著電力技術(shù)的快速開展，及其在工業(yè)領(lǐng)域和用電設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)隨之越來(lái)越復(fù)雜，電力系統(tǒng)中的諧波污染越來(lái)越嚴(yán)重。在此情況下，電能計(jì)量必須考慮諧波對(duì)其

6、的影響。 諧波會(huì)影響表計(jì)的計(jì)量精度。從原理上進(jìn)行分析：諧波源將其吸收的一局部電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹C波發(fā)送到電網(wǎng)中去，因此電能表會(huì)將諧波能量當(dāng)作發(fā)電來(lái)進(jìn)行計(jì)算，從而導(dǎo)致計(jì)量誤差。對(duì)于機(jī)械式電能表還會(huì)由于高頻率諧波所產(chǎn)生的高頻渦流阻力而變慢。因?yàn)樵诟叽沃C波嚴(yán)重的情況下會(huì)嚴(yán)重影響電能表的計(jì)量精度，導(dǎo)致莫名其妙的丟電現(xiàn)象。 傳統(tǒng)全能量計(jì)量方式是計(jì)量諧波電能和基波電能的代數(shù)和，這種計(jì)量方式在當(dāng)前復(fù)雜的電力系統(tǒng)中呈現(xiàn)出諸多局限性：其一，當(dāng)負(fù)荷為線性，供電為非正弦的情況下，電能表計(jì)量是的局部諧波和基波電能的代數(shù)和，諧波的存在既會(huì)損害用電設(shè)備，又會(huì)導(dǎo)致用戶多交電費(fèi)，致使該計(jì)量方式欠缺合理性；其二，在用戶為非線性的情

7、況下，非線性負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生諧波功率和電能，同時(shí)會(huì)使一局部電能倒流至電力系統(tǒng)中，從而導(dǎo)致電能表計(jì)量的是基波電能與倒流入系統(tǒng)中電能的相減數(shù)，這不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成負(fù)面影響，還會(huì)使得用戶少交電費(fèi)，損害供電企業(yè)利益；其三，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載為非線性、電源畸變的復(fù)雜情況時(shí)，負(fù)載既會(huì)吸收電網(wǎng)中的基波和諧波，也會(huì)促使諧波倒流入電網(wǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生上述兩種情況的后果。 根據(jù)以上分析可知，諧波功率及其電能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，對(duì)于非線性用戶而言，全能量計(jì)量方式是有利的，而對(duì)于供電企業(yè)和線性用戶而言，全能量計(jì)量方式是不利的，同時(shí)難以準(zhǔn)確反映實(shí)際電力平衡。所以，必須對(duì)全能量計(jì)量方式進(jìn)行改良，采取分別考慮基波電能和諧波電能的電能計(jì)量方

8、式。但是，以當(dāng)前電力系統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)基波與諧波電能的分別計(jì)量。 2、諧波對(duì)電能計(jì)量裝置的影響 、諧波對(duì)感應(yīng)式電能表的影響 目前，我國(guó)大局部地區(qū)使用的電能計(jì)量裝置都是感應(yīng)式電能表，這種類型的電能表是按照基波頻率設(shè)計(jì)出來(lái)的，其最為顯著的特點(diǎn)是高靈敏度。然而，當(dāng)電網(wǎng)中的電壓和電流正弦波產(chǎn)生畸變時(shí)，便會(huì)對(duì)感應(yīng)式電能表的準(zhǔn)確度造成影響。相關(guān)文獻(xiàn)記載，研究波形畸變對(duì)電能表計(jì)量準(zhǔn)確度影響的主要依據(jù)是它的頻率特性，由于感應(yīng)式電能表產(chǎn)生誤差的原因相對(duì)較多，為了便于本文的研究，在此只考慮頻率偏移和諧波的影響。對(duì)于感應(yīng)式電能表而言，它的設(shè)計(jì)主要是按照基波情況考慮的，在電力系統(tǒng)中負(fù)荷電壓和電流不變的前提下，當(dāng)頻率

9、發(fā)生變化時(shí)，因?yàn)殡妷壕€圈阻抗會(huì)發(fā)生一定變化，所以會(huì)造成電壓工作磁通發(fā)生改變，與此同時(shí)，由于轉(zhuǎn)盤阻抗的變化也會(huì)引起電流磁通的變化，因此，會(huì)對(duì)電能表的測(cè)量精確度造成一定影響。通常情況下，電力系統(tǒng)中存在諧波分量時(shí)，諧波與基波便會(huì)相迭加，這樣一來(lái)便會(huì)導(dǎo)致波形出現(xiàn)畸變，同時(shí)因?yàn)殡娏骱碗妷鸿F芯導(dǎo)磁率的非線性因素影響，當(dāng)電流和電壓波形產(chǎn)生畸變時(shí)，磁通無(wú)法相應(yīng)地進(jìn)行線性變化。根據(jù)電能表的工作原理可知，只有在頻率相同的電壓和電流互相作用時(shí)才能夠產(chǎn)生出平均功率，換言之，電能表只有在頻率相同的電壓和電流產(chǎn)生的磁通之間互相作用時(shí)才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。然而，發(fā)生畸變的波形通過(guò)電磁元器件時(shí)，因?yàn)榇磐o(wú)法與波形對(duì)應(yīng)變化，所以造成轉(zhuǎn)

10、矩?zé)o法與平均功率成正比，這樣便會(huì)產(chǎn)生出附加偏差，進(jìn)而影響電能表的計(jì)量準(zhǔn)確度。 、諧波對(duì)電子式電能表的影響 電子式電能表具有功能全、準(zhǔn)確等級(jí)高、使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，這種電能表已正在完全取代感應(yīng)式電能表。電子式電能表的根底是數(shù)字功率表，根據(jù)它的原理以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大致可將其分為輸入級(jí)、分頻計(jì)數(shù)、乘法器以及V/f這四個(gè)局部。其中輸入級(jí)的主要作用是將電網(wǎng)當(dāng)中電流和電壓經(jīng)電壓與電流互感器轉(zhuǎn)換成為適宜的小電壓信號(hào)，并供應(yīng)乘法器；乘法器是電子式電能表的核心部件，它能夠?qū)㈦妷耗M量轉(zhuǎn)換為它們的乘積，然后這局部模擬量會(huì)輸送給V/f轉(zhuǎn)換電路，并轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量，最后輸入到計(jì)數(shù)和驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)中，完成功率測(cè)量。與感應(yīng)式電能表相比，電子式電能表的頻率曲線更為平坦，幾乎不存在衰減，這說(shuō)明電子式電能表具有寬頻帶響應(yīng)，它對(duì)高次諧波功率的響應(yīng)與基波的響應(yīng)是一致的。電子式電能表因其具備頻帶較寬的特性，能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)量基波電能和諧波電能，但是因電子式電能表存在同等對(duì)待諧波功率和基波功率的情況，因此會(huì)增大計(jì)量誤差。 四、結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)對(duì)諧波對(duì)電能計(jì)量的影響的分析，可以清楚的看出諧波電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的