电力谐波在电力计量中的应用和发展

吴西安

（新疆阿克苏温宿质量与计量检测所，新疆 温宿 843000）

1 电力谐波的产生和测量

1.1 电力谐波的产生

发生谐波现象可从几种因素进行讨论：首先，质量越好的电源出现此情况的几率就越小，如果想要消除谐波现象的物理前提是铁芯位置和间距在几何上完全完美。实际上这是不可能发生的，另外发电过程不是完全真空的，也不可能没有消极因素存在，多好的机器都会存在谐波，只是量多量少的问题。总的来说这部分的谐波不算太多。其次，变压设备对也是谐波产生的场所之一。在设备中的铁芯过电量达到上限，并且电流路线不是平滑的。对于节省开销的考虑，所以变压设备的工作磁是直接处于饱和位置上的，通过磁场的电流因此不会平稳均匀，铁芯的饱和程度与谐波产生的程度是成正相关的，这有一定的规律，是饱和度引起工作点的变化进而引起谐波的强度，前者越强，后者被引起也越强。再次，用电设备引发谐波，此种谐波的产生主要是因为晶体闸管整流设备引起。因为晶体闸管在电力机车、铝电解槽、充电设备、开关设备等方面有广泛的应用，这就给电力网络的谐波产生制造了大量的隐蔽源头。如果整流装置为单相电流电路，在接感性负载的时候，就会含有奇次谐波电流，而第三次谐波的含量更是高达基波的30%；接容性负载的时候则会出现谐波电压，其中谐波含量则随着电容的增加而增大。实际测算，因整流装置而产生的谐波占电力谐波的40%，是最大的谐波源。

1.2 谐波的测量

要研究谐波就要对进行测量，在研究谐波问题的时候这时不可回避的要点，也是控制谐波的基础。通过对谐波的测量，可对电力网络中的谐波进行实时的检测和控制，对其含量和方向进行掌握，以此分析谐波的流向，并对其进行计量正反电量、各次谐波含量、电压电流幅值、相位等主要参数，为电力网络的谐波治理和控制提供依据。因为谐波本身具有非线性、随机性、不稳定、成因复杂等特性，对谐波的测量很难达到准确无误。目前电力谐波的测量方式有：模拟带通或者带阻滤波器测量、傅里叶变换测量、瞬时无功测量、神经网络测量、小波法测量等。这些方法都有其有点和缺陷，目前使用最为广泛的是傅里叶变换频域分析测量法。

2 谐波对电力计量的影响

2.1 对电感电表的影响

电感式的电表工作主要是依靠磁感应来产生推动器件转动的力矩，从而完成计量的。工作中电压线圈所产生的电流的磁通分两个部分，一则穿过铝盘而通过回磁板而形成工作磁通，一侧是不穿过铝盘而是左右的铁轭形成分工作磁通。而电流线圈所产生的磁通则会两次穿过铝盘，并通过电流组件而形成回路。因为电压线圈和电流线圈产生的是交变磁通，在不同的位置穿过铝盘，这就在铝盘上不同的位置产生感应电流，此种电流与磁场产生相互作用就推动了铝盘的转动，铝盘转动与负载有功功率是正比关系。电磁感应式的电表设计是以基波为设计基础的，因谐波和基波叠加所产生的电压和电流是一种畸变状态，其可以导致电感式电表的误差率特性曲线出现迅速的下降，因此在电量计量中会对电表的准确性产生较大的影响。

2.2 对电子式电表的影响

与感应式电表的相比，电子式的电表计量误差已经相对于频率变化有所减小。而以基波计量为标准的时候，电子式电表计量的误差要比感应式电表的误差还大，这时因为其制作的原理来决定的，电表进行采用的方式是：A/D采用——乘法器——处理器——显示输出，设备是按照正弦50Hz在不超过国家标准的情况下进行工作的。按照电子式电表的检定规则，电子式电表的电流、电压所允许的失真的正弦波是在一定的范围内的，而多次谐波将导致整个波形计量的超限，产生失真引发乘法器误差。

3 谐波在计量中的应用和发展

3.1 谐波对计量的应用

有谐波的时候，可以造成电能仪器的三种变化，第一，能够提高电表工作的准确度，就是反应值和实际值相当，如此看来，可得知谐波和基波的功能相加起来的效果可以被看成是计量手段的一种；第二，突出基波的作用而削弱谐波能够产生的作用，从电表性能下手，改变其抵抗谐波的能力。第三，利用谐波与基波的若干性质不同来区分接受，这种方法可单独应用于谐波的测量，随着时间的发展，它与实际金钱之间的转化方法将有新的发展。

3.2 谐波计量的发展

只看国内的计量方式的话，主要在应用的还是全能量的方法。这种计量手段适用的范围仅为基波平稳之时，在此范围内的效果可以得到认可。但不能抵抗半点谐波影响。一旦不在这个适用范围之内计量数据将不再有效。实现双向波的分别计量是电表功能更强大，效率更高超的表现，因为两种波的模型是不一样的，通过不同的处理之后分别接受和计量是有可能的，而计量的主要目标是对于谐波的，因为谐波的干扰作用，对于它的测量能够中和误差的产生，得到有效的最终数据。

3.3 谐波电表的发展

实际上已经出现了关于谐波干扰的抗性设备仪表，能够特定应用在有谐波的地方，不过，由于收费准则尚未统一起来，没有确定的价格，因此尚不能大范围采用，但这不影响此仪表的性能优势带给人们的启发，它的抗谐波意义是巨大的。它的功能体现在有可能实现由机器运行，零件失效，平衡度被破坏造成的计量数据失效状况为零。这种电表起源就是电能表，通过更精细的技术加工而得到。采用大容量芯片，汉字点阵字库、A/D结合DSP结合CPU的形式，不断完善独立计算和计量的专用芯片，从而拓展了大量程、宽量限的电表，由此实现了对谐波和基波的进行分别测量而区别计量的能力，这样电表就具备了计量基波有功电能、基波无功电能、实际消耗电能、总电能等。全新的改进电子式电表具有更加宽的频率响应，误差频率特性曲线将更加的平直，所以对于有谐波存在的环境中，新式的电表即使有误差的存在，比起从前的感应式仪器来说，也是相当微弱的。而且在两种波的区分测量上效果很好。

结语

谐波的存在在最初实际上是起负作用的。但是，它从相反角度推进了电表计量事业向着更全面更高级的方向发展，并引发了新的技术发现，这也许是谐波存在的意义所在，目前，谐波的数量和能量由于使用功率和使用者的数量在增加，由此产生的电流畸变所具有的阻力也在上升，这也推进了电表研究事业面临更加需要抉择的时期，对于功能强和精度高的设备有了更新的要求。对谐波的处理工艺是符合大的发展方向的，各单位人员应当积极配合，找到更加完整的处理方法并且将收费落到实处，找到适合我国国情的电表计量技术。

[1]李育才、李明姝，谐波电能计量技术的应用[J].吉林电力，2010（05）.

[2]李开周，电能计量中电能质量问题与谐波的影响探讨[J].中国新技术新产品，2010（21）.