试析非正弦不对称三相三线制系统无功电能的计量

试析非正弦不对称三相三线制系统无功电能的计量

刘青

（国网山西省电力公司计量中心山西太原030032）

摘要：随着我国社会经济的不断发展，工业及家用电器随之得到了相应的提升。该现象的存在也在极大的程度上使得非线性负载日益增多，尤其是一些功率变流大的设备等的大量应用，而对这些大功率变流设备的大量应用，最终必将造成无功功率的进一步增大。因此，加大对非正弦不对称三相三线制系统无功电能的计量十分重要。本文也将针对非正弦不对称三相三线制系统无功电能的计量。

关键词：非正弦不对称；三相三线制系统；无功电能计量

引言

随着我国社会经济的不断发展，工业及家用电器的进一步使用，使得非线性负载日益增多，尤其是一些大功率变流设备和电弧炉等设备在电网中的应用，将导致电网产生大量的高次谐波电流。该电流的出现不仅会让电压波形发生畸变，让其不再是标准的正弦波，而且谐波的增加也将在极大的程度上让无功功率得以增加。现如今，我国电力部门都会对相关企业进行功率因数的考核，并将其最终的考核因数与规定功率因数值进行比较，进而决定所需要收取的无功费用是多少。由于无功功率率的增加不但会让相关设备的容量增大、线损率提高、而且会让最终的电压质量下降。由此可见，无功电能的计量对用户、以及电力部门十分重要，而无功电能计量的准确性更是会对用户、以及电力部门的利益造成直接性的影响。因此，在无功电能的计量上相关人员需要对其加以重视。但从实际角度出发，以往我国并没有对无功电能的计量加以重视，无功电能的计量与有功电能的计量相比，我国无功电能计量的水平普遍偏低。然而，随着时间的不断推移、以及电气计量技术的不断进步，虽然我国在无功电能的计量上取得了很大的成就，但如何在非正弦不对称情况下对无功电能进行计量逐渐成为了我国需要解决的重点问题。针对非正弦不对称三相三线制系统无功电能的计量，本文首先将对非正弦电路无功电能的计量进行阐述，其次在对三相系统无功功率的新定义进行分析，以供参考。

1.非正弦电路无功电能的计量

对于非正弦无功功率而言，目前非正弦无功功率还没有一个完全理想的定义。为了给与非正弦无功功率相应的定义，国内外这方面的学者随之加大了对其的研究，并从频域、以及时域等方面为其提出了多种功率理论。通过各研究学者的不断研究，现如今对于非正弦无功功率的定义变得越来越多，但被大众所接受的理论却少之又少，其主要可体现在以下几点：（1）基于频域的传统非正弦无功功率理论。而该理论也是最早被人们接受的。该理论在对无功功率进行分析的时候，通常是建立在傅里叶级数分解的基础上的，其主要的代表就是：Budeanu。而通过给理论的公式可以了解到，该公式只是简单的把各次的谐波无功率给叠加了起来。由于这种简单的叠加方式会在极大的程度上使得最终出现在不同频率的谐波无功率出现相互抵触的现象。所以，总的来说，该理论是不合理的。（2）基于时域的Fryze无功功率理论。该理论分析，不需要使用傅立叶进行级数分级，其主要是建立在电流分解的基础上的，所以，其代表为：Fryze。由于该理论可以实现简单的有功电流及无功电流测量，所以其整体的物力意义并不是特别的明显，且不能在很大的程度上反应出无功象限的符号。（3）AKagi的瞬时无功理论，该理论是现在人们普遍所接受的。AKagi的瞬时无功理论主要是把三相电压、电流变换到了α-β坐标上，进而得到α-β平面上的电压、以及电流流向，并将最终的电流流向投影到电压向量及其发线上，这样就可以有效的得到最终的有功电流及无功电流。并且能够从中得出相应的三相瞬时有功功率及无功功率。总的来说，相对前面两种理论方面，该理论方法不但在极大的程度上突破了传统的平均值定义方式，而且可以在一定程度上实现有源率波及无功补偿。因此，在非正弦不对称三相三线制系统无功电能的计量上，可以采用该方法进行。另外，根据相关的研究调查可以发现，传统非正弦无功电能计量会涉及到一定的高次谐波检测，所以，在对非正弦无功电能进行计量时，不能使用正弦无功电能计量方法进行，而应该探索出全新的计量方法。目前我国现有的对非正弦无功电能进行计量的方法是变换法。如：希尔伯特变换等。所谓希尔比特变换其主要指的是，利用其能同时对电压或者是电力的各次谐波进行九十度移相的系统函数特性进行无功功率测量。从理论的角度看，只要把电压与希尔比特变换的电流相乘即可。但其主要的问题在于，希尔波特的变换滤器设计比较困难，且需要具有较高的实时系统。

2.三相系统无功功率的新定义

从无功电能计量的角度上来看，只有对无功功率进行细致的定义，才能在一定的程度上给出合理的无功计量方法，并且才能给出电力部门与电力用户都能够接受的计量方案。虽然在无功电能的计量上其过程比较复杂，而且要推出一个大家满意的无功功率定义是一项十分困难的工作，但从电力用户无功电能计量的角度给出一个合理的无功功率定义还是可以的。从计量的角度看，有功功率与无功功率都属于平均功率，且完全符合量损耗角度。根据以往电路教材的内容可了解到，有功功率的定义通常是从瞬时功率开始定义的，所以，无功功率的定义也可从瞬时这个角度出发。为了在一定程度上对三相不对称系统的瞬时功率进行有效且详细的分析，并从中得出瞬时无功功率的定义。相关人员需要对瞬时有功电流进行定义。这里所指的有功电流是，在满足负载需求的情况下，存在理想的补偿装置。另外，三相系统无功功率的计量在非正弦不对称三相三线制系统无功电能的计量应用上，其具体的实现过程为：（1）对电压以及电流信号进行采样，进而得打离散电压、电流序列。在此过程中，为了实现电压、电流基波、以及各次谐波的分析需要采用傅立叶变换法。（2）利用相关等式求出基波及各次谐波三相无功电能，并对无功电能的正反进行一定判断。（3）对其进行累加进而得到正反方向无功电能，从而实现基波及各次谐波正反方向的无功电能计量。当然，该方法同样能够在极大的程度上实现有功电能正反向的计量。在整个计量的过程中，为了提高精度，相关人员需要采用高速、且存储容量大的芯片。这里可采用高效A/D芯片与DSP处理方案进行，而该方案也将是电能计量一个全新发展趋势。

结束语：总而言之，随着我国社会经济的不断发展，由于无功电能的计量对用户、以及电力部门十分重要，而无功电能计量的准确性又会对用户、以及电力部门的利益造成直接性的影响，所以，相关人员需要对非正弦不对称三相三线制系统无功电能的计量加以研究，并找出有效的计量方法。

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