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民商用电与谐波分析
谐波测量是电力质量测量中很重要的一环,在电力的生产、传输、转换和使用的各个
环节中都会产生谐波,最直接危害的是三次谐波电流,会增大中性线电流,使线路过载。.
产生谐波的电气设备、电子设备在当今社会应用相当广泛,例如:不断电系统、变频器、
直流转换器、整流器等,谐波会增加了发、输、供和供用电设备的附加损耗,使设备过热,
降低设备的效率和利用。
电力系统中的谐波是指电压或电流的频率 何谓谐波
是系统基频的倍数,谐波一般是因为非线性组
不纯净的电源波形是由很多种波形合成的
件或负载所产生 ( 例如整流器、荧光灯管或是
非正弦波波形。任何周期性非正弦波均可分解
磁饱和的磁性组件 )。由于电网的谐波会造成
为一个基频正弦波加上许多高倍次频率的正弦
设备以及导线的用电效率变差,进而衍生用电
波。
超载过高,甚至导致发热并提高发生火灾的机
率。再者,谐波也可能会对电子设备产生干扰,
导致数字电路的误触发,或者造成马达与发电
机的故障。对于制造业及研究机构而言,谐波
对电源质量的干扰尤其更具有破坏性,因此谐
波一直是电力质量是否优劣的常见问题,而如
何确认干净的电力以提高用电设备效能,也是 S ( 图一 ) 基频与谐波的合成
一项重要议题。 如上图,假设当基频为 60Hz 的情况下,
第三阶谐波为 180Hz 的波形,第五阶谐波就是
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300Hz 的波形。当基频分别与三次谐波与五次 ITHD 的测量有效地协助确认电力网络中设备
谐波合成后,则会造成波形无法成为一个平滑 的潜在问题。
的波形,当波形不再是纯正的基频正弦波波形
时,便会有失真的异常存在。 泓格智慧电表的优势
泓格科技所提供的智慧电表 PM-3133 可
总谐波失真率 (THD) 用以测量实时的基础电力数值 ( 电压、电流、
THD(Total ) 称做为总谐波失真率,是计 实功率、无效功率、视在功率、功率因素、
算谐波的引申指标,其广泛使用在交流信号系 kWh 、kVARh、kVAh、功率因素 ),使用者可
统中定义谐波存在程度。THD 的定义为各阶谐 以通过工业界泛用的 Modbus 协议取得基础电
波次方总和对比基频次方的比率。利用 THD 力数值了解设备用电状况。此外,透过泓格科
可简易的用来显示电力组成中,不属于 50/60 技所提供的软件工具 Power Meter Utility 更可
Hz 等基本波频率的成分总和,通常会用百分 以方便使用者实时取得 PM-3133 电表测量的
比来呈现电力波型的失真情形,也可用来表示 谐波信息 ( 图二 ),
电源的干净程度。THD 数值越大,代表高阶谐
波占比较大,而电力波型的失真也就越严重。
THD 数值越小,则代表高阶谐波的占比越小,
也就代表失真越小。另外,THD 可分为电压
VTHD 和电流 ITHD 两种。
√∑∞ 2ℎ=2 𝐼𝐼ℎ
𝐼𝐼𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇(%) = 𝐼𝐼 × 100(%)
Power Meter Utililty 可以针对设定的相位
1 显示出电压与电流总谐波失真率。另外,PM-
3133 也可针对单相的电压或电流进行 31 阶谐
∞ 2 波的测量,并透过 Power Meter Utility 显示对√∑ℎ=2 𝑉𝑉ℎ 应图表 ( 图三 ),让客户能够实时确认各阶谐波
𝑉𝑉𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇(%) = 𝑉𝑉 × 100(%) 对电力系统的影响。通过 PM-3133 与 Power 1
Meter Utility 的协助,客户可以方便且实时的
V T H D ( Vo l t a g e To t a l H a r m o n i c 侦查影响电力质量的可能原因,进而排除问
Distortion) 可以显示出电压失真的大小程度。 题,改善用电设备效能。
透过计算谐波电压对比于基频电压的比率取
得 VTHD。通常较小的 VTHD 值呈现的是良好
的 电 压 质 量。ITHD (Current Total Harmonic
Distortion) 则是指出电流波型中所有谐波失真
的总和程度,在对特定负载点进行测量取得谐
波电流相对于基频电流的比率时,即可透过
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