谐波和公用事业成本

谐波是电气设备非线性行为的结果;了解如何进行与电力相关的测量，以避免违反大型商业和工业设施的公用事业合同和处罚。使用功率三角形来理解实际功率、视在功率、无功功率和功率因数之间的相互作用。

权力三角

图1中的“功率三角形”说明了交流正弦配电系统中实际功率(kW)、视在功率(kVA)、无功功率(kVAR)和功率因数(PF)之间的关系:

• 千瓦:实际功率是电能转换成功的速率，单位为kW。这个矢量在横轴0度处的功率三角形中定义为kVA*PF:其中PF是电流和电压之间无谐波位移角的余弦。
• kVA:负载上的电压乘以通过负载的电流的乘积的大小以瓦为单位，是图1中带PF角的矢量kVA。
• 千乏:kVAR量具有+/-旋转，是电压与净电抗(电感、电容或组合)的乘积，乘以流过该电抗元件的电流。这表示无功瓦的单位。
• PF:系统功率因数是夹角的余弦，夹角的正切为净kVAR除以kW。功率因数夹角表示由系统电感和电容的无功元件引起的电压和电流之间的“位移”角。

设施水电费帐单

公用事业公司以千瓦时(kWh)为单位出售电能。住宅用户支付的似乎是每千瓦时的统一费率;大型商业和工业设施通常会签订合同，并对违反合同的行为进行处罚。单位时间的能源利用率是千瓦(kW)，公用事业公司将其定义为以千瓦为单位的“需求”。一些公用事业公司要求大客户将功率因数(kW ÷ kVA)保持在合同范围内。

在用户设备的可接受拓扑中，用户负载被建模为电阻、电感和可选电容的典型并联组合。图2显示了当加入电容时，关于无谐波的单频交流负载行为的功率三角结论。

谐波对正弦配电系统的影响

各种情况都可以在设施中产生谐波:

• 具有嵌入式微处理器和电子电路的现代电气设备通常代表非线性负载，导致谐波丰富，非正弦线路电流
• 现代LED照明
• 变压器中的非线性磁场与旋转气隙
• 变压器铁心、涡流和绕组趋肤效应损耗随频率增加而增加
• 直流电流元件会产生额外的非正弦电流，从而扭曲变压器的工作性能
• 其他高频损耗发生在整个电站。

谐波以脉冲的形式产生非正弦线电流，这是非线性负载的副产品。它们的存在意味着电流和电压被扭曲，给电气系统增加了压力，可能导致设备损坏、电源故障和工厂停机。

随着用户增加更多的现代电子设备，谐波被反射到公用电网中并积累起来。除了持续的维护成本外，谐波还会因不符合公用事业公司的谐波限制而导致经济处罚。为了避免这些情况，回答一些关键问题是很重要的，包括:

• 系统中有谐波吗?
• 谐波有罚则吗?
• 要收取多少费用?
• 公用事业公司如何衡量账单项目并计算额外损失?
• 公用事业公司会提供现场分析并协商账单吗?

通过回答这些问题，可以采取适当的措施来减轻谐波效应。

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约翰·雷曼是Dataforth的工程经理。编辑:Emily Guenther, CFE Media副内容经理，控制工程，eguenther@cfemedia.com．

更多的建议

关键概念

• 相关成本与谐波和正弦配电系统
• 的情况下可以在设施中产生谐波
• 合规公用事业的谐波限制。

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