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        諧波對(duì)電能計(jì)量的影響研究

        2016-04-12 00:00:00鄧一鳴

        【摘要】諧波在電力系統(tǒng)中是客觀存在的,不可能完全消除,而電力諧波的存在會(huì)對(duì)電能計(jì)量產(chǎn)生一定的負(fù)面影響,導(dǎo)致計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)確,進(jìn)而影響電力企業(yè)以及電力用戶(hù)的切身利益。本文結(jié)合諧波產(chǎn)生的原因,分析了其對(duì)于電能計(jì)量的影響,并提出了有效的應(yīng)對(duì)措施,希望能夠?yàn)殡娏χC波的治理提供一些參考。

        【關(guān)鍵詞】諧波;電能計(jì)量:影響

        在電力電網(wǎng)中,非線(xiàn)性負(fù)載的增加會(huì)引發(fā)電力諧波問(wèn)題,進(jìn)而加速絕緣老化,引發(fā)附加線(xiàn)損,降低設(shè)備的工作效率,產(chǎn)生的危害不容忽視。不僅如此,電力諧波的存在,還會(huì)影響電能計(jì)量工作,損害電力企業(yè)和電力用戶(hù)的利益。在這種情況下,做好電力諧波的治理工作,保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確。性,成為電力工作人員重點(diǎn)研究的課題。

        1、電力系統(tǒng)中的諧波問(wèn)題

        最初的電力諧波源是變壓器,主要是其次諧波,以三次諧波為主,不過(guò)其量值較小。而伴隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展,電力電子設(shè)備取代變壓器成為了主要的諧波源,在其運(yùn)行過(guò)程中,通常都會(huì)利用二極管,將交流電轉(zhuǎn)化為直流電,或者利用橋式整流器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電,而在電子開(kāi)關(guān)、工業(yè)整流設(shè)備中,存在著一些容量較大的濾波電容器,會(huì)導(dǎo)致二極管導(dǎo)通角變小,必須在交流電壓正弦波最大值附近才可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通,使得交流輸入的電流波出現(xiàn)了嚴(yán)重畸形的情況,三次諧波甚至?xí)诨ㄉ闲纬烧夥迕}沖,降低線(xiàn)路的功率因數(shù)。在現(xiàn)代電網(wǎng)中,變壓器、電抗器、整流器等都是諧波的主要來(lái)源。

        2、諧波對(duì)于電能計(jì)量的影響

        諧波對(duì)于電能計(jì)量的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一是對(duì)于電能計(jì)量方式的影響,二是對(duì)于電能計(jì)量裝置的影響,這里分別對(duì)其進(jìn)行分析。

        2.1對(duì)電能計(jì)量方式的影響

        在以往的電能計(jì)量方式中,一般都會(huì)采用計(jì)量全能量的方式,受電力系統(tǒng)本身規(guī)模以及相關(guān)技術(shù)的限制,諧波造成的影響相對(duì)較小,因此在計(jì)量過(guò)程中可以忽略諧波因素。但是,伴隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,各類(lèi)電器設(shè)備不斷涌現(xiàn),在提升電網(wǎng)供電能力和穩(wěn)定性的同時(shí),也使得電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變得越發(fā)復(fù)雜,諧波的來(lái)源更加廣泛,影響也在不斷擴(kuò)大,成為必須關(guān)注的問(wèn)題。全能量計(jì)量方式在實(shí)際應(yīng)用中存在著一定的局限性,一是在非正弦供電的線(xiàn)性負(fù)荷中,電能表計(jì)量的數(shù)值實(shí)際上是基波電能與部分諧波的代數(shù)和,諧波的存在增加了用戶(hù)的用電成本;二是當(dāng)用戶(hù)負(fù)荷為非線(xiàn)性時(shí),其本身就會(huì)產(chǎn)生電能和諧波功率,并且使得一部分電能倒流回電力系統(tǒng),電能表計(jì)量的數(shù)值實(shí)際上是基波電能減去這部分倒流的電能,會(huì)損害電力企業(yè)的利益:三是當(dāng)負(fù)載非線(xiàn)性,電源畸變時(shí),負(fù)荷不僅會(huì)吸收基波與諧波,還會(huì)使得諧波倒流回電網(wǎng),使得電能計(jì)量變導(dǎo)更加復(fù)雜。

        2.2對(duì)電能計(jì)量裝置的影響

        (1)感應(yīng)式電能表:感應(yīng)式電能表是依照基波頻率設(shè)計(jì)的電能表,其本身具備較高的靈敏度,不過(guò)如果電網(wǎng)中的電壓與電流正弦波產(chǎn)生畸變,則電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性也會(huì)受到影響。在電網(wǎng)中的負(fù)荷電壓及電流和固定的前提下,頻率如果出現(xiàn)變化,電壓線(xiàn)圈以及轉(zhuǎn)盤(pán)的阻抗會(huì)隨之改變,電壓工作磁通和電流磁通也會(huì)產(chǎn)生變化,進(jìn)而影響電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性。另外,存在于電網(wǎng)中的諧波會(huì)與基波迭加,引發(fā)波形畸變問(wèn)題,而由于電流與電壓鐵芯導(dǎo)磁率非線(xiàn)性因素的影響,一旦電壓與電流的波形出現(xiàn)畸變,則磁通無(wú)法產(chǎn)生相應(yīng)的變化。感應(yīng)式帶能表必須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),才能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,進(jìn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn),換言之,當(dāng)存在畸變的波形經(jīng)過(guò)電磁元件時(shí),由于磁通無(wú)法形成與波形的對(duì)應(yīng)變化,會(huì)影響轉(zhuǎn)矩與平均功率的正比關(guān)系,產(chǎn)生附加偏差,對(duì)電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性造成影響。

        (2)電子式電能表:與感應(yīng)式電能表相比,電子式電能表的功能更加全面,準(zhǔn)確度也更高,操作和使用簡(jiǎn)單,因此已經(jīng)逐漸取代了感應(yīng)式電能表。電子式電能表的工作原理,設(shè)計(jì)對(duì)用戶(hù)的供電電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,結(jié)合專(zhuān)用的電能表集成電路,實(shí)現(xiàn)采樣電壓與電流信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)換,形成與電能成正比的脈沖輸出顯示。在進(jìn)行數(shù)值的計(jì)算時(shí),處理終端可以對(duì)不同的頻率進(jìn)行采樣,同時(shí)依照正弦規(guī)律變化的電壓與電流瞬時(shí)值,得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。從理論上講,這種計(jì)算方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于電路負(fù)載中基波與諧波總平均功率值以及實(shí)際用電量的可靠記錄。相比較感應(yīng)式電能表,電子式電能表的頻率曲線(xiàn)幾乎不存在衰減問(wèn)題,其對(duì)于高次諧波功率的響應(yīng)與基波一致。不過(guò),電子式電能表平等對(duì)待基波功率與諧波功率的做法,會(huì)在—定程度上增加計(jì)量的誤差。

        3、應(yīng)對(duì)諧波影響的有效措施

        3.1改進(jìn)電能計(jì)量方式

        從諧波對(duì)于電能計(jì)量方式的影響分析,全能量計(jì)量方式存在著—定的缺陷和問(wèn)題,在無(wú)法徹底消除諧波源的情況下,想要保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性,就必須對(duì)電能計(jì)量的方式進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,將基波電能與諧波電能分開(kāi)計(jì)量,這樣,不僅充分考慮了負(fù)載吸收和發(fā)出的諧波功率,而且能夠有效消除諧波所帶來(lái)的不良影響,保證計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        3.2優(yōu)化電能計(jì)量裝置

        一是可以采用頻率陡降電能表,或者也可以說(shuō)是基波電能表,由于其本身可以區(qū)分基波和諧波,而且只會(huì)對(duì)基波產(chǎn)生的功率進(jìn)行計(jì)量,能夠從根本上排除諧波對(duì)于電能計(jì)量的影響:二是可以結(jié)合分頻技術(shù),對(duì)電能表進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。分頻技術(shù)的應(yīng)用,可以分別對(duì)基波電能、與諧波電能及其各自的方向進(jìn)行計(jì)量,同時(shí)結(jié)合電費(fèi)杠桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這種情況下,用戶(hù)的電費(fèi)可以分為三個(gè)不同的組成部分,首先是基波電費(fèi),其次是產(chǎn)生或者發(fā)出諧波電能,所需要承擔(dān)的懲罰性電費(fèi),然后是吸收或者消耗諧波電能獲得的獎(jiǎng)勵(lì)性電費(fèi)。在以前的電力系統(tǒng)中,有效電壓不僅包括了基波電壓,還包括了諧波電壓,有效電流同樣包括了基波電流和諧波電流,在這種情況下,有功功率也就同時(shí)包括了基波產(chǎn)生的功率以及諧波產(chǎn)生的功率。常規(guī)的電能表或者有功功率表的頻率特性固定,看似理想,實(shí)際上是將諧波量與基波量等同了,換言之,計(jì)量?jī)x表顯示的數(shù)據(jù)中含有諧波量,并不能準(zhǔn)確的反映基波的電氣量,因此,電能表的計(jì)量的準(zhǔn)確度越高,得到的數(shù)據(jù)反而越不合理。以分頻技術(shù)對(duì)電能表進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),使得電能表不僅能能夠準(zhǔn)確計(jì)量負(fù)荷消耗的基波電能,還可以對(duì)諧波電能的大小以及傳遞方向進(jìn)行計(jì)量,從而避免了諧波對(duì)于電能計(jì)量的負(fù)面影響。

        3.3強(qiáng)化電力諧波管理

        想要對(duì)電力諧波的負(fù)面影響進(jìn)行有效應(yīng)對(duì),可以從技術(shù)和管理兩個(gè)方面進(jìn)行控制。應(yīng)該強(qiáng)化電力系統(tǒng)準(zhǔn)入管理,如果非線(xiàn)性負(fù)荷進(jìn)入電網(wǎng)中,必須重點(diǎn)關(guān)注,嚴(yán)格對(duì)待,落實(shí)諧波的低含量,確保其不會(huì)超出國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍。

        結(jié)語(yǔ):

        總而言之,在電力系統(tǒng)中,諧波是一種客觀的存在,不可能完全消除,其不僅會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,還會(huì)從計(jì)量方式和計(jì)量裝置兩個(gè)方面,影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性,影響電力企業(yè)和電力用戶(hù)的切身利益。對(duì)此,電力技術(shù)人員應(yīng)該重視諧波的治理,對(duì)電能計(jì)量方式和電能計(jì)量裝置進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,保證電能計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠,推動(dòng)電力行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

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