电力谐波自身技术的发展与改进在电力计量中的应用刍议

叶向明

[摘要]电力谐波作为电力系统不可避免的干扰现象，由于电力系统硬件特点，在不可避免的情况下，必须对相关技术进行改进。在异常频率影响下，电力系统频率异变和基波电流、电压具有直接关系，从而对用电设备以及供电系统正常使用。本文结合我国电力谐波自身技术发展改进在电力计量中应用，对电力谐波测量、谐波对电力计算的影响以及应用发展进行了简要的探究和阐述。

[关键词]电力谐波；自身技术；电力计量；应用发展

[中图分类号]F224-39 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0386-02

在电力系统中，电力谐波主要由谐波源产生，在电力系统谐波电流中，谐波电压下降，在形成新型的谐波电压的过程中，对系统内部正常电压造成了很大的影响，从而导致系统电能质量下降。谐波测量监控作为电力系统供电质量的重要保障，谐波测量作为谐波问题的关键因素，它是电力系统谐波研究的依据。在谐波测量中，相关人员在电网监控中，通过掌握电网监控方向、波量，明确电力系统谐波方向；根据谐波流量、电流电压幅值、相位参数以及谐波含油率，对电力部门谐波进行整治。由于电力系统谐波具有随机性、分布性、不稳定性、分线性，在成因复杂的过程中谐波测量非常复杂；目前，我国采用的谐波测量方法主要有：带阻滤波器或者带通模拟测量、傅立叶变换测量、瞬时功率测量、神经网络测量、小波测量等，在这些测量中，以傅立叶变换频域在电力计量中应用最为广泛。

一、电力计量中的电力谐波测量

（一）电力谐波产生

在电力计量中，电力系统电源质量较差，在极容易产生谐波的过程中，由于发电机三相绕组在电力系统生产过程中不能形成完全对称的体系（如图1所示）；因此，很多铁芯不能达到标准要求，在不均匀的影响下，虽然谐波在发电机中的比例相对较小，发电过程的干扰因素对电力谐波造成了很大的影响，在发电源中产生不同量的谐波。

在输电系统谐波中，输电谐波主要是变压器引发的谐波。当电力系统变压器出现铁芯饱和时，由于非线性的磁化曲线，在变压器设备经济环境下，造成电力系统变压器磁密选择集中在系统曲线饱和段上，让电力系统磁化电流产生大规模非平滑线的特点。在大量奇次谐波影响下，工作铁芯饱和度越高，电力系统变压器工作点就越容易产生偏离，谐波电流越大。

在用电设备谐波中，由于电力系统晶体管蒸馏设备，在铝电解槽、电力机车、电力设备充电、相关设备开关过程中得到了广泛的应用，从而给电力网络谐波产生埋下了隐蔽的源头。当电力系统单相电路电流为整流装置时，感性负载一旦接触，就会生出谐波电流，第三次谐波电流甚至可以达到整个基波电流的30%左右。在电力系统接容性负载的过程中，产生电力系统谐波电压，谐波含量随着系统电容增大而不断提升。在电力计量实际测算中，整流装置引起的电力系统谐波占整个电力谐波的40%左右，是电力谐波的主要来源。

为了保障电力谐波自身技术发展改进在电力计量中得到切实应用，必须对谐波进行认真的测量，在精心研究谐波问题对电力计量造成的影响时，掌握谐波控制要点。通过电力系统谐波测量，在电力网络中对谐波进行实时性控制、检测，通过不断掌握含量方向，明确电力系统谐波流向；通过正确计量电力正反电量、谐波含量、电流电压幅值以及相位参数，为电力系统网络控制、谐波治理提供对应的依据。

二、电力谐波对电力计量的影响

（一）对电表电感的影响

在电力系统中，电感式电表根据电力系统磁感应，不断推动相关器件力矩，保障电力计量工作。在电压线圈工作中，电流磁通主要分成两个部分：一个是穿过铝盘，充分利用回磁板不断形成的磁通；另外一个则是不穿过铝盘，在两侧作用下不断形成磁通。由于电力系统电流线圈磁通极大可能会2次穿过电力系统铝盘，在电流组件的影响下，不断形成电流回路。

由于电流线圈和电压线圈在电力系统运行中产生的交变磁通，对于不同地方穿过磁通，会产生不同的铝盘转动，在这个过程中，有了负载和铝盘转动呈正比关系，以电波为基础的电磁感应式电表，由于基波、谐波叠加产生的电流、电压畸变现象，在电感式电表曲线特性误差率逐渐下降的过程中，对电力计量电表准确性造成了很大的影响。

（二）对电子式电表影响

和感应式电表相比，该类电表计量误差在频率变化中相对较小。因此，在基波计量标准中，由于电子式电表工作原理，感应式电表误差比电子式电表计量误差小。在电力系统中，电表通常采用乘法器、A/D采用、处理器，在显示输出的过程中，根据50Hz的正弦，在国家标准范围内进行具体工作。在电子式电表检查标准中，电子式电表电压、电流所允许的正弦波失真必须在一定范围内，避免多次电力系统谐波中，波形计量超限等问题，从而造成电力计量乘法器误差。

三、电力谐波自身技术改进发展在电力计量的应用和发展

（一）电力谐波对电力计量的应用

在电力系统谐波存在的情况下，电能计量主要包括三种形式：在促进电力系统电表功率反应特征的过程中，让电表尽量反应出实际功率，即：谐波和基波形成的综合性功率，以一种全能量的计算方式进行计算；由于经常忽视电力系统谐波过滤，在促进电表抗干扰性能的同时，对基波进行功率测量，从而形成纯基波电力计量方式；在充分利用电表对谐波、基波功率区别、分辨的过程中，获得谐波电能计量方式，随着计费标准、技术手段不断改进，逐渐成为当今电能计量的趋势。

（二）谐波计量发展

根据调查显示，我国电力系统电力计量中，通常使用全能量计量，当电力系统基波电流相对稳定的时候，电力计量比较可靠准确；当电力系统出现谐波干扰，并且大于计量设备允许的范围时，电力系统全能量计量表就会失去作用，导致误差不断增加。因此，在实际工作中，必须将基波、谐波分开，在分别计量的过程中，促进电力计量发展。在电力系统研制中，同简化系统，将德尔计量进行模型化处理，根据基波线性模型和非线性模型，从根本上保障谐波计量目标。

（三）谐波电表发展

由于电力系统谐波干扰，我国技术人员根据谐波特点，研制了谐波电表，通过用户对谐波进行专门性计量，由于我国谐波电量没有健全的收费标准，因此，要实现谐波电表，必须依靠时间进行锤炼。在原有单片机发展中，谐波电表综合了以往电能表研发，逐渐消除了感应式电表机械运转、倾斜度、器件失灵造成的电力计量失真；在大容量芯片中，通过汉字点阵字库以及CPU结合DSP和A/D的方式，进一步完善专用计量芯片；在不断拓展容量限、大量程电表的过程中，保障基波、谐波分别测量的能力，让电表进一步具备基波无功电能、有功电能、性能量等。这种新型的电子式电表，相比传统电表，具有更宽的频率响应，让误差频率特性曲线更加平直，当谐波存在时，电表误差远远小于感应式电表，从而实现谐波、基波分别计量的目标。

结束语

随着我国电力工业快速发展，各种电网装机容量不断加大，电子元件使用越来越多，导致大量电流谐波进入电网，对电能质量造成影响。因此，为了保障电力系统正常运行，在实际工作中，必须根据电力谐波产生测量方法，在明确电力计量影响的过程中，推动电力谐波在电力计量的应用。

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