吳西安

（新疆阿克蘇溫宿質(zhì)量與計(jì)量檢測(cè)所，新疆 溫宿 843000）

1 電力諧波的產(chǎn)生和測(cè)量

1.1 電力諧波的產(chǎn)生

發(fā)生諧波現(xiàn)象可從幾種因素進(jìn)行討論：首先，質(zhì)量越好的電源出現(xiàn)此情況的幾率就越小，如果想要消除諧波現(xiàn)象的物理前提是鐵芯位置和間距在幾何上完全完美。實(shí)際上這是不可能發(fā)生的，另外發(fā)電過(guò)程不是完全真空的，也不可能沒(méi)有消極因素存在，多好的機(jī)器都會(huì)存在諧波，只是量多量少的問(wèn)題。總的來(lái)說(shuō)這部分的諧波不算太多。其次，變壓設(shè)備對(duì)也是諧波產(chǎn)生的場(chǎng)所之一。在設(shè)備中的鐵芯過(guò)電量達(dá)到上限，并且電流路線不是平滑的。對(duì)于節(jié)省開(kāi)銷(xiāo)的考慮，所以變壓設(shè)備的工作磁是直接處于飽和位置上的，通過(guò)磁場(chǎng)的電流因此不會(huì)平穩(wěn)均勻，鐵芯的飽和程度與諧波產(chǎn)生的程度是成正相關(guān)的，這有一定的規(guī)律，是飽和度引起工作點(diǎn)的變化進(jìn)而引起諧波的強(qiáng)度，前者越強(qiáng)，后者被引起也越強(qiáng)。再次，用電設(shè)備引發(fā)諧波，此種諧波的產(chǎn)生主要是因?yàn)榫w閘管整流設(shè)備引起。因?yàn)榫w閘管在電力機(jī)車(chē)、鋁電解槽、充電設(shè)備、開(kāi)關(guān)設(shè)備等方面有廣泛的應(yīng)用，這就給電力網(wǎng)絡(luò)的諧波產(chǎn)生制造了大量的隱蔽源頭。如果整流裝置為單相電流電路，在接感性負(fù)載的時(shí)候，就會(huì)含有奇次諧波電流，而第三次諧波的含量更是高達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載的時(shí)候則會(huì)出現(xiàn)諧波電壓，其中諧波含量則隨著電容的增加而增大。實(shí)際測(cè)算，因整流裝置而產(chǎn)生的諧波占電力諧波的40%，是最大的諧波源。

1.2 諧波的測(cè)量

要研究諧波就要對(duì)進(jìn)行測(cè)量，在研究諧波問(wèn)題的時(shí)候這時(shí)不可回避的要點(diǎn)，也是控制諧波的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)諧波的測(cè)量，可對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)中的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和控制，對(duì)其含量和方向進(jìn)行掌握，以此分析諧波的流向，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)量正反電量、各次諧波含量、電壓電流幅值、相位等主要參數(shù)，為電力網(wǎng)絡(luò)的諧波治理和控制提供依據(jù)。因?yàn)橹C波本身具有非線性、隨機(jī)性、不穩(wěn)定、成因復(fù)雜等特性，對(duì)諧波的測(cè)量很難達(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤。目前電力諧波的測(cè)量方式有：模擬帶通或者帶阻濾波器測(cè)量、傅里葉變換測(cè)量、瞬時(shí)無(wú)功測(cè)量、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量、小波法測(cè)量等。這些方法都有其有點(diǎn)和缺陷，目前使用最為廣泛的是傅里葉變換頻域分析測(cè)量法。

2 諧波對(duì)電力計(jì)量的影響

2.1 對(duì)電感電表的影響

電感式的電表工作主要是依靠磁感應(yīng)來(lái)產(chǎn)生推動(dòng)器件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，從而完成計(jì)量的。工作中電壓線圈所產(chǎn)生的電流的磁通分兩個(gè)部分，一則穿過(guò)鋁盤(pán)而通過(guò)回磁板而形成工作磁通，一側(cè)是不穿過(guò)鋁盤(pán)而是左右的鐵軛形成分工作磁通。而電流線圈所產(chǎn)生的磁通則會(huì)兩次穿過(guò)鋁盤(pán)，并通過(guò)電流組件而形成回路。因?yàn)殡妷壕€圈和電流線圈產(chǎn)生的是交變磁通，在不同的位置穿過(guò)鋁盤(pán)，這就在鋁盤(pán)上不同的位置產(chǎn)生感應(yīng)電流，此種電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用就推動(dòng)了鋁盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)與負(fù)載有功功率是正比關(guān)系。電磁感應(yīng)式的電表設(shè)計(jì)是以基波為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的，因諧波和基波疊加所產(chǎn)生的電壓和電流是一種畸變狀態(tài)，其可以導(dǎo)致電感式電表的誤差率特性曲線出現(xiàn)迅速的下降，因此在電量計(jì)量中會(huì)對(duì)電表的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。

2.2 對(duì)電子式電表的影響

與感應(yīng)式電表的相比，電子式的電表計(jì)量誤差已經(jīng)相對(duì)于頻率變化有所減小。而以基波計(jì)量為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，電子式電表計(jì)量的誤差要比感應(yīng)式電表的誤差還大，這時(shí)因?yàn)槠渲谱鞯脑韥?lái)決定的，電表進(jìn)行采用的方式是：A/D采用——乘法器——處理器——顯示輸出，設(shè)備是按照正弦50Hz在不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的情況下進(jìn)行工作的。按照電子式電表的檢定規(guī)則，電子式電表的電流、電壓所允許的失真的正弦波是在一定的范圍內(nèi)的，而多次諧波將導(dǎo)致整個(gè)波形計(jì)量的超限，產(chǎn)生失真引發(fā)乘法器誤差。

3 諧波在計(jì)量中的應(yīng)用和發(fā)展

3.1 諧波對(duì)計(jì)量的應(yīng)用

有諧波的時(shí)候，可以造成電能儀器的三種變化，第一，能夠提高電表工作的準(zhǔn)確度，就是反應(yīng)值和實(shí)際值相當(dāng)，如此看來(lái)，可得知諧波和基波的功能相加起來(lái)的效果可以被看成是計(jì)量手段的一種；第二，突出基波的作用而削弱諧波能夠產(chǎn)生的作用，從電表性能下手，改變其抵抗諧波的能力。第三，利用諧波與基波的若干性質(zhì)不同來(lái)區(qū)分接受，這種方法可單獨(dú)應(yīng)用于諧波的測(cè)量，隨著時(shí)間的發(fā)展，它與實(shí)際金錢(qián)之間的轉(zhuǎn)化方法將有新的發(fā)展。

3.2 諧波計(jì)量的發(fā)展

只看國(guó)內(nèi)的計(jì)量方式的話，主要在應(yīng)用的還是全能量的方法。這種計(jì)量手段適用的范圍僅為基波平穩(wěn)之時(shí)，在此范圍內(nèi)的效果可以得到認(rèn)可。但不能抵抗半點(diǎn)諧波影響。一旦不在這個(gè)適用范圍之內(nèi)計(jì)量數(shù)據(jù)將不再有效。實(shí)現(xiàn)雙向波的分別計(jì)量是電表功能更強(qiáng)大，效率更高超的表現(xiàn)，因?yàn)閮煞N波的模型是不一樣的，通過(guò)不同的處理之后分別接受和計(jì)量是有可能的，而計(jì)量的主要目標(biāo)是對(duì)于諧波的，因?yàn)橹C波的干擾作用，對(duì)于它的測(cè)量能夠中和誤差的產(chǎn)生，得到有效的最終數(shù)據(jù)。

3.3 諧波電表的發(fā)展

實(shí)際上已經(jīng)出現(xiàn)了關(guān)于諧波干擾的抗性設(shè)備儀表，能夠特定應(yīng)用在有諧波的地方，不過(guò)，由于收費(fèi)準(zhǔn)則尚未統(tǒng)一起來(lái)，沒(méi)有確定的價(jià)格，因此尚不能大范圍采用，但這不影響此儀表的性能優(yōu)勢(shì)帶給人們的啟發(fā)，它的抗諧波意義是巨大的。它的功能體現(xiàn)在有可能實(shí)現(xiàn)由機(jī)器運(yùn)行，零件失效，平衡度被破壞造成的計(jì)量數(shù)據(jù)失效狀況為零。這種電表起源就是電能表，通過(guò)更精細(xì)的技術(shù)加工而得到。采用大容量芯片，漢字點(diǎn)陣字庫(kù)、A/D結(jié)合DSP結(jié)合CPU的形式，不斷完善獨(dú)立計(jì)算和計(jì)量的專(zhuān)用芯片，從而拓展了大量程、寬量限的電表，由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)諧波和基波的進(jìn)行分別測(cè)量而區(qū)別計(jì)量的能力，這樣電表就具備了計(jì)量基波有功電能、基波無(wú)功電能、實(shí)際消耗電能、總電能等。全新的改進(jìn)電子式電表具有更加寬的頻率響應(yīng)，誤差頻率特性曲線將更加的平直，所以對(duì)于有諧波存在的環(huán)境中，新式的電表即使有誤差的存在，比起從前的感應(yīng)式儀器來(lái)說(shuō)，也是相當(dāng)微弱的。而且在兩種波的區(qū)分測(cè)量上效果很好。

結(jié)語(yǔ)

諧波的存在在最初實(shí)際上是起負(fù)作用的。但是，它從相反角度推進(jìn)了電表計(jì)量事業(yè)向著更全面更高級(jí)的方向發(fā)展，并引發(fā)了新的技術(shù)發(fā)現(xiàn)，這也許是諧波存在的意義所在，目前，諧波的數(shù)量和能量由于使用功率和使用者的數(shù)量在增加，由此產(chǎn)生的電流畸變所具有的阻力也在上升，這也推進(jìn)了電表研究事業(yè)面臨更加需要抉擇的時(shí)期，對(duì)于功能強(qiáng)和精度高的設(shè)備有了更新的要求。對(duì)諧波的處理工藝是符合大的發(fā)展方向的，各單位人員應(yīng)當(dāng)積極配合，找到更加完整的處理方法并且將收費(fèi)落到實(shí)處，找到適合我國(guó)國(guó)情的電表計(jì)量技術(shù)。

[1]李育才、李明姝，諧波電能計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用[J].吉林電力，2010（05）.

[2]李開(kāi)周，電能計(jì)量中電能質(zhì)量問(wèn)題與諧波的影響探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（21）.