机房谐波对电能计量的影响分析.pdfVIP

其他应用研究 机房谐波对电能计量的影响分析 济南移动通信有限公司山东济南车勇 摘 要：分析了机房谐波对感应型电能表误差特性的影响，以及电子式电能表在谐波功率计量方面的缺 陷。结合具体实例，通过MATLAB计算分析论述了基于FFT的电能计量的可行性，由此对机房谐波含量较 高情况下的功率准确计量提出建议。 关键词：机房谐波电能计量 傅立叶变换(FFT)谐波功率 1引言 通信机房变压器和油机总是力图供给后端低压用电设备正弦电压波形，并且希望无法控制的电流也为 正弦波，这不但可以降低线路损耗、提高供电质量，而且能保证低压用电设备得以正常运行。但是，近年 来随着UPS、开关电源等非线性负荷的日渐增多，导致在机房低压配电系统中产生大量的高次谐波电流， 进而引起电压波形发生畸变，不再是完全的正弦波。经过详细的调查研究，机房低压供电质量较差的主要 原因就是UPS产生的大量谐波。 UPS是由整流器、逆变器、静态开关以及储能装置(蓄电池)组成的电力电子系统，不但能为重要负 载提供不间断交流电源，而且还能隔离市电的各种干扰。典型的双变换在线UPS系统结构如图1所示。 图1典型的双变换UPS系统结构 双变换在线UPS的整流部件一般采用6脉冲晶闸相控整流器，有些大功率的UPS也采用12脉冲晶闸相控 整流器。这些整流器内部的晶闸整流元件在每个电源周期内轮流导通，产生输入电源瞬间的相间短路，造 成了电压波形的失真。当整个整流元件被触发导通时，相间电源电压就直接加到直流滤波单元上，造成相 电流瞬间增大，直到下一个整流元件导通。晶闸相控整流的工作方式决定了输入相电流呈现不规则的脉冲 型，导致了电流波形的非正弦化。在电源系统中一般将非正弦的电量分解为基波和一系列谐波的分量，每 768 2008通信电源学术研讨会论文集 次谐波电流等效为一个谐波电流源和线性负载的组合。UPS系统中输入电流的谐波失真可以直接反馈到电 源输入端，造成电压波形的失真加剧。 2谐波对电能计量的影响 2．1对感应式电能表计量的影响 电磁感应式电能表的原理是通过电磁感应元件来驱动机械记数装置，把电量值记录下来。它主要包括 电磁元件、转动元件、制动元件、计数器等。电网中谐波的存在，使得电压、电流波形发生畸变，但由于 感应式电能表的铁磁元件的非线性，磁通并不能相应的线性变化。感应式电能表只有同频率的电压电流产 生的磁通之间相互作用才能产生转矩，畸变的波形通过电磁元件时，磁通不能随波形相应变化，导致转矩 不能与平均功率成正比而产生误差。特别是900移相法计量无功电量时，当移相器把基波电压移相900时， 其他频率的谐波电压并不移相900，所以900移相法不能准确计量其他频率的电压电流产生的无功电量。 2．2对电子式电能表的影响 电子式电能表具有准确度高、灵敏度高、测量电参数多等优点，因此有日益推广应用的趋势。以单相 电子式电能表为例，其内部结构框图为： ：!率k圃岖圈徊 例 图2单相电子式电能表结构框图 简单的说电子式电能表将输入的电流信号转换为电压信号，然后与输入的电压信号相乘，然后再由乘 法器输出到电压一频率变换电路，使电压信号转换为频率信号，最终到记数电路和驱动电路。电子式电能 表有比较宽的频率响应，对高次谐波基本没有衰减，这也就是说电子式电能表对谐波功率的响应和对基波 功率的响应是相同的。可见，电子式电能表把有害的谐波功率和有益的基波功率等价齐观，所以在非线性 系统中它的计量误差大于感应式电能表。 通过以上分析可以发现，在非线性电源系统中，线性负载所消耗的总功率为基波功率和谐波功率之 和，其吸收的能量大于基波能量，而感应式和电子式电能表由于设计和结构上的原因，其读数会大于基波 能量而小于总能量，非线性负载所消耗的总功率为其吸收的基波功率与其向电网中发出的谐波功率之差， 其吸收的能量小于进入它的总能量，感应式和电子式电能表的读数就会小于基波能量而大于它吸收的总能 量。 3基于傅立叶变换的新型电能计量 3．1谐波分析原理 在离散采样的基础上，利用傅立叶变换