諧波測試儀在用電檢查過程中的應用

顏景景

引言：供電企業對電量計量裝置的管理是保證計量裝置安全運行準確計量的首要任務，影響用電計量裝置計量不準確的原因之一就是諧波，許多電力事故都是由于諧波的存在造成的，所以要想避免諧波的危害，就得先發現諧波，這就是我們要說的諧波測試儀。

關鍵詞：諧波；計量不準確；諧波源；諧波測試儀。

一、引言

電能計量裝置是電力系統發，供，用電三個方面進行銷售，買賣的重要工具，為計收電量提供依據，所以它與我們的日常生活是密不可分的，它的準確與否直接關系到供用電雙方的經濟利益，

現今我國的工農業、科技經濟都在飛速的發展，電力作為主要的能源之一，做出了很大的貢獻。在許多企業中電費成了支出的主要成本，尤其是電費漲價后。因為電器的增多，家庭用電量也越來越大，支出的費用也越來越多。所以隨著我國經濟的發展用電量日益增多，電能計量裝置的準確性正確性越來越受到人們重視。導致用電計量裝置計量不準確的原因是多方面的，近年來，人們對供電系統諧波對用電計量裝置產生的影響也越來越關注了。下面我們就談談諧波的來源與諧波產生的危害和諧波的檢測方法。

二、諧波源以及諧波產生的原因

諧波源就是造成系統正弦波形畸變，產生高次諧波的非線性設備和負荷。諧波是存在于電力系統中的一個周期性電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整倍數。變頻器、整流器、逆變器等電力變流設備，電力變壓器、鐵芯電抗器等含有磁飽和特征的設備，還有PC機、打印機、充電器等家用電器都是諧波源。

我們從發電方面、輸配電方面以及用電這三個方面分析一下諧波的產生原因。

首先分析一下在發電方面諧波產生的原因。發電時用到的設備中包括發電機，在制造發電機的時候，發電機的三個繞組無法做到完全對稱，而且鐵心要達到一模一樣也不容易，在出廠投入使用后，因為發電電源的質量就不是那么高，就會產生諧波了。在輸配電方面，變壓器是輸配電系統中的主要諧波源，經相關數據證明，變壓器的鐵心飽和度越是高，其產生的諧波電流相就會越大。另外一方面產生諧波的原因來自客戶用電的時候，這時諧波主要是由用電設備產生的。比如充電設備、電源開關等等，其中要數晶閘管整流設備產生的諧波最多。單相整流電路裝置連接感性負載時含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量高達基波的30%，在接容性負荷的時候會產生奇次諧波電壓，電容值增加后諧波也就隨著增加。據統計，整流裝置產生的諧波占所有諧波的40%，所以這個諧波源可以說是最大的。

三、諧波對用電計量裝置的危害

科學的不斷發展，電網的不斷完善，現在所使用的用電計量表計也在一代一代更新，下面我們談談全電子式電能表和電磁感應式電能表受到諧波的影響。

首先全電子式電能表在進行用電計量時，它的計量用電能方式從理論上來說，能夠有效的記錄負載基波和諧波的總平均功率耗用值和電量。但是當諧波是從負載流向電網時，由于全電子式電能表是將基波有功電能和諧波有功電能進行代數和，這時記錄下來的電能量比負載所消耗的基波電能還要小，造成了不能準確的計量用電。所以諧波的存在也會對全電子式電能表的計量方式產生影響。

對于傳統的電磁感應式電能表來說，當除了基波外還有高次諧波分量電壓和電流時，電能表的電壓線圈的阻抗和旋轉圓盤阻抗就會發生變化，從而使工作電壓與電流磁通發生變化，隨之變化的還有電磁轉盤的驅動力，這樣一來，電能表計量用電就會不準確。同時，由于諧波和基波是以相互疊加的形式出現的，致使正常的波形發生了變化，而電壓和電流線圈的鐵心是非線性的，磁通不能隨著波形的變化相應的呈線性變化。當變形后的電壓與電流經過電能表內部元器件后，磁通與波形不會發生相應的變化，這樣一來電磁轉矩與平均功率就不能成正比例。所以當諧波存在的時候電磁感應式電能表不能將不同頻率的正弦電壓和電流產生的電磁轉矩疊加，也就不能對諧波有功電能進行計量，最終的用電計量結果就不準確了。

根據上邊詳細的分析，我們可以知道大量的諧波會對用電計量裝置產生很大的影響，導致計量裝置不能準確計量用電量。而且不管是全電子式電能表還是電磁感應式電能表，諧波都會對其產生一定的影響。用電計量裝置不能準確的進行計量用電量，直接影響了供電方與用電方的經濟利益。

四、諧波的檢測

（一）諧波檢測的發展

我們要想治理諧波，首先要發現諧波。早在19世紀初人們就研究出了檢測諧波的方法，主要是把傅立葉變換為基礎，對諧波進行檢測，一直到20世紀40年代都是用此方法。在20世紀50-80年代,主要采用選頻測量技術來檢測諧波。到了20世紀80年代以來,科學技術不斷地發展,人們開始研究出了快速傅立葉變換的頻譜分析儀及諧波分析儀,這些檢測儀在用電檢查過程中使用后，得到了很好的反響，所得到的結果相比以前準確度提高了一個大的層次。就我國來說，在上世紀八十年代的時候使用該算法和鎖相技術對諧波進行測量，現在隨著科技不斷的進步已經發展成為數字式、電子式、智能化的諧波測試方法。

（二）諧波檢測儀的原理及方法

1.采用模擬帶阻或帶通濾波器進行測量

這種諧波測量方法有電路造價低、結構簡單、容易控制且輸出阻抗低的優勢所在，但是這種測量方法受環境影響特別大,且檢測的精度不高,檢測結果含有較多基波分量,造成的運行損耗相對較大。當然這是最早的一種檢測方法。

2.神經網絡基礎上的諧波檢測

這是一種可以對計算能力進行提高、對任意連續函數進行逼近的基礎上,通過理論的學習及分析動態網絡時獲得的研究成果,即神經網絡。現階段,該網絡在電力系統諧波檢測中的應用尚處于初級階段,其主要應用于電力系統諧波預測、諧波源辨識及諧波測量等方面。在諧波測量中采用神經網絡,主要需要考慮的是網絡的組成、算法的選擇及樣本的確定等問題。

3.小波分析方法測量諧波

這方面的研究在現階段已經取得重大的進展,主要是對傅立葉變換在時域完全無局部性缺陷和頻域完全局部化缺陷的解決,也就是在時域和頻域都具有局部性。采用該方法可以使電力系統中高次諧波變化投影到不同尺度上,從而反映出奇異、高頻高次諧波信號的特性,從而為諧波分析提供依據。

4.FFT變化法

采用該方法對電力系統諧波進行檢測,是基于數字信號處理基礎上的測量方法,主要操作步驟是首先對被測信號的電壓或者電流進行采樣,經過轉化后,再利用計算機進行傅立葉變化,從而得到各次諧波的相位系數及幅值。該方法是目前電力系統使用最為廣泛的諧波檢測方法,其精度高、功能多、操作簡便的特點,實現了諧波檢測的準確性。

總之，在用電檢查過程中使用諧波檢測儀用來測量諧波是治理諧波非常重要的一步，在用電檢查過程中發現問題后要及時處理，從多方面入手治理諧波，保證電網安全穩定的運行。

參考文獻

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