探析电力谐波分析设备中数据采集系统的设计

胡晓

摘 要随着科学技术的不断发展，电力电子设备得到了迅速普及，同时很多非线性负载也得到了广泛的使用，所以，公用电网受到了电力系统谐波的严重污染，并且这种情况一直在持续加重。电力谐波不但会对电网的电能质量造成不良影响，同时也会给电网的稳定安全运行带来一定程度的安全隐患，因此，一定要做好监测和分析电力谐波的工作，对促进电网的安全运行具有重要意义。本文首先分析了谐波的现状，并且对谐波的危害进行了简单介绍，然后讨论了电力系统中谐波是如何产生的，同时对当前谐波分析设备中的数据采集系统进行了研究，为解决电力系统谐波的污染提供有效参考。

【关键词】电力谐波 设备分析 数据采集系统

1 谐波现状、危害和来源分析

1.1 谐波现状浅析

在对市场上常用的电器进行谐波测试了解到，当前环境下，国内的工业企业存在着非常严重的谐波污染，特别是早期为了进一步的节约成本，而引入的变频电源和投入的直流用电器。在基波中，谐波电流含量占到总含量20%、11%和6%的分别是5次、7次以及11次諧波电流，对于一些小功率用户来说，产生的危害不是很大，而对于一些大功率用户来说，产生的危害就非常的大了。

1.2 谐波危害

谐波会产生十分严重的危害，它会大大降低电能的生产和利用以及传输效率，引起电气设备发热量过高、产生噪声和振动，同时会导致绝缘老化，大大缩短了电气设备的使用寿命，严重情况下甚至会导致电气设备产生故障或者烧毁。谐波还会导致电力系统出现局部的串联或者并联谐振，放大了谐波含量，造成电容器烧毁。不仅如此，谐波也会导致自动装置和继电保护进行误动作，造成电能计量产生混乱。针对电力系统的外部来看，谐波还会对电子通信设备带来严重的干扰。所以，解决谐波问题对促进电网的安全稳定运行和保护电力设备具有重要意义。

1.3 谐波来源

从谐波的分量来看，隐极机是要优于凸极机的，而随着科学技术的不断进步，投入了IGBT，可控硅等电子励磁装置，从而引起发电机谐波分量的上升。如果发电机端电压超过额定电压的10%以上，会明显增加两次侧电压的3次谐波。电网电压的偏移量通常是低于7%的，因此，很多变电、发电设备的产生的谐波分量并不是很大，要远远低于国家的考核标准。所以变电、发电设备并不是主要影响电网电压波形质量的因素。所以对电网电压波形质量产生影响的主要因素其实是非线性用电设备，主要的谐波源是由非线性用电设备导致的，而非线性用电设备主要包括以下几种类别：

（1）电解、电力机车以及电镀等交流整流直流用电设备；

（2）变频空调和变频调速等交流整流再逆变用电设备；

（3）彩色电视机、电子整流器、中频炉和电脑等开关电源设备；

（4）电焊机、电弧炉等电弧加热设备。

2 电力系统谐波分析设备中数据采集系统的研究

2.1 数据采集系统组成

数据采集系统通常包括两个主要部分，分别是硬件和软件部分。硬件部分主要包括主机和接口电路、模拟量输入以及输出通道，还有标准通信接口等；软件部分主要有数据的采集和处理程序，以及监控和接口管理等程序。通常情况下，数据采集系统主要是由采样/保持器、传感器、计算机和外设以及A/D转换器等几个部分组成，具体如图1所示。

2.1.1 传感器

传感器主要发挥的是被检测物理量转换为电信号的作用，被检测的物理量有压力、温度和流量等，这些被检测的物理量和传感器产生的电信号是存在关系的，

2.1.2 信号调理电路

数据采集系统主要接受的信号分别有开关信号、数字信号、以及模拟信号。针对开关和数字信号，可以对其进行直接处理。但是通常情况下接受的都是模拟信号，所以需要对传感器转化后的信号进行优先调理。主要是为了缓冲、衰减、滤波、隔离、放大以及线性化传感器产生的低电平信号。

2.1.3 采样/保持器

由于模数转换器在完成一次转换时需要花费一定的时间，因此，为了提升转化的精度，在转换过程中一定要将模数转换器输入端的模拟电压信号保持住，也就是让输入信号始终处于保持状态。采样/保持器其实就是一个“模拟信号存储器”。

2.1.4 模数转换器

模数转换器可以称为A/D转换器，主要是将模拟信号向数字信号进行转换。它对数据采集系统的采集精度和采集速率有着直接的影响，所以模数转换器是采样通道最关键部件之一。

2.1.5 接口电路

模数转换器在将数字信号输出以后，需要对数字信号进行电平调整之后才可以送入计算机，而接口电路就是用于这类操作的。

2.2 数据采样的方法分析

对于交流信号的采样主要有两种方式，一种是直流采样，另一种是交流采样。直流采样主要是将变送器输出的直流量进行模数装换，在一些对采样速率没有较高要求的情况下可以进行应用。直流采样的优点设计的软件较为简单，计算起来比较方便，但是只能对被测量信号的单一信息进行反应，对于一些信号的突变不能够及时的反映出来；交流采样是以Nyquist的采样定理作为理论基础的，它的采样值包含着非常大的信息量，所以计算量也非常的大，可以对所需要的谐波相位、分量、有效值等信息利用不同的算法求出。并且由于交流采样具有较好的时效性，其硬件在设计上较为简单，所以在当前的数据采样中此采样方法的应用较为广泛。

3 结语

随着电子技术和科学技术的不断发展，电能质量问题越来越受到供电部门和用户的重视，当前的多种用电设备中都有电力谐波的存在，带来了十分严重的危害。通过电力谐波分析设备对电力系统中的谐波可以进行有效的采集并处理，因此，要加强谐波分析设备中数据采集系统的研发力度，有效提升电能质量、保证电网的持续安全运行。

参考文献

[1]王义超.基于虚拟仪器的变电站谐波监测与分析系统的实现[D].吉林大学，2015（32）：89-91.

[2]刘涛.虚拟仪器在电力系统谐波测量中的应用分析[J].科技视界，2016（05）：136-137.

作者单位

安徽理工大学 安徽省淮南市 232000endprint