摘要：
電工儀器儀表廣泛應(yīng)用于電能量采集與管理、電能質(zhì)量測量與分析、諧波測量、無功功率測量與補償以及自動抄表系統(tǒng)中。節(jié)約電能和控制電能質(zhì)量是節(jié)能減排的一個重要方面，而電量及電能質(zhì)量的測量技術(shù)是這些工作的基礎(chǔ)。通過對電量及電能質(zhì)量的測量、分析和管理，為能源的準(zhǔn)確計量、公平交易和質(zhì)量控制提供可靠的技術(shù)支撐。本文著重論述有關(guān)電能量測量、電能質(zhì)量測量分析、諧波測量、無功功率測量和自動抄表系統(tǒng)等技術(shù)進展及其在節(jié)能減排工作中的作用。
一、引言：
隨著世界各國對能源和環(huán)境問題的高度重視，特別是我國提出建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型"社會，明確節(jié)能減排的要求，更加需要研究高效利用能源、節(jié)約能源的技術(shù)方法和措施。要實現(xiàn)這些目的，就必須對能源的主要組成部分——電力能源進行精確的測量、細(xì)致的分析，并提出相應(yīng)有效的管理方法。電工儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域重點研究開發(fā)電力系統(tǒng)及工業(yè)自動化測控系統(tǒng)的電磁參量測量,技術(shù)方法、儀器儀表和測試系統(tǒng)。為了達(dá)到節(jié)能減排的目的, 在電工儀器儀表的設(shè)計階段,就應(yīng)充分考慮其節(jié)能特性;另外,節(jié)約電能和控制電能質(zhì)量是節(jié)能減排的一個重要方面,而在電力系統(tǒng)中,電能的損耗主要是由無功功率引起,電能質(zhì)量則主要取決于諧波的含量, 因此開發(fā)諧波抑制和無功補償裝置對于節(jié)能減排具有重要意義。總之,在節(jié)能減排的工作中,電工儀器儀表正在發(fā)揮著非常重要的作用。在風(fēng)能、太陽能等可再生資源的利用中,風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的工業(yè)化和并網(wǎng)緊密依靠著電工儀器儀表和測控技術(shù)。
二、 電工儀器儀表的節(jié)能設(shè)計：電工儀器儀表設(shè)計中, 充分利用新技術(shù)、新理論、新器件、新電路、新材料,綜合考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝、功能，使產(chǎn)品在使用過程中消耗能量最少。電工儀器儀表的節(jié)能設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。
1.選用低功耗傳感器：近年來,因為傳感器發(fā)展,新型低功耗傳感器不斷問世。在選用傳感器敏感元件時,應(yīng)選擇價格、性能符合使用設(shè)計要求的微功耗、低功耗傳感器。
2.簡化儀器功能：多功能勢必增加儀器硬、軟件的復(fù)雜性, 增加電流消耗，降低產(chǎn)品的可靠性，所以不能片面追求多功能模式。在滿足儀器必要功能的基礎(chǔ)上, 盡量利用軟件實現(xiàn)儀器的功能,簡化硬件電路設(shè)計,是降低儀器功耗的有效方法。
3.設(shè)計低功耗電路,采用低功耗器件：降低儀器功耗的主要設(shè)計原則是采用低功耗器件。設(shè)計中模擬數(shù)字電路可采用CMOS 器件,放大電路采用低(微)功耗運算放大器;并采用可編程器件FPGA從而取代分立元件,實現(xiàn)數(shù)字電路功能,降低電路功耗;顯示可采用IXTD 顯示器。
4.單電源、低電壓供電：單電源供電能夠降低功耗，提升電源的使用效率。在單電源供電狀態(tài)下, 應(yīng)降低供電電壓。大部分模擬電路電路正常工作的動態(tài)范圍較廣, 在允許犧牲電路增益時,降低電源電壓可降低降低功耗。低電壓供電對于減低器件電流消耗的作用十分明顯。以低功耗集成運算放大器LM324 為例, 功耗約為15mW;當(dāng)電源電壓為15V 時,功耗約為220mW；其單電源電壓工作范圍為5-30V,當(dāng)電源電壓為5V 時,。
5.降低信息處理單元的時鐘頻率：在權(quán)衡信息處理單元的運算速度后,選用較低的時鐘頻率可以降低電流消耗。因為儀器中的信息處理單元的功耗與振蕩頻率有關(guān)。此外, 睡眠方式可以減少儀器的工作時間,從而降低功耗。
三、電能量采集及電能質(zhì)量測量分析：電能量采集和電能質(zhì)量測量與分析是電工儀器儀表的一個重要構(gòu)成部分，也是電力工業(yè)中發(fā)電、輸電、配電環(huán)節(jié)電能交易計量和貿(mào)易結(jié)算的基礎(chǔ)，同時還是電力需求側(cè)管理的基本數(shù)據(jù)來源。目前電能量計量技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)水平主要表現(xiàn)在高準(zhǔn)確度（0.1級）、高穩(wěn)定性、高可靠性、長壽命（10 年-30 年）、寬量程（5A-120A）、低功耗。通過不斷采用新技術(shù)和新器件，電能表的種類也日益增加，從電磁感應(yīng)式電能表逐漸發(fā)展到電子式電能表，一直到采用 DSP 數(shù)字信號處理的多功能電能表。針對一些竊電現(xiàn)象，在電能表設(shè)計上考慮了各種反竊電措施和方法，最大限度地降低因技術(shù)手段進行竊電而造成的損失。
電能質(zhì)量測量與分析是解決電力系統(tǒng)中各種諧波污染，提高供電電能質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，其核心是諧波測量。電力系統(tǒng)中各種擾動引起的電能質(zhì)量問題分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩大類：穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題以波形畸變?yōu)樘卣鳎饕ㄖC波、間諧波、波形下陷及噪聲等；暫態(tài)電能質(zhì)量問題則以頻譜和持續(xù)時間為特征，包括脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)，表現(xiàn)為瞬時電壓上升或下降，出現(xiàn)瞬時諧波、振蕩。
目前國內(nèi)外電能質(zhì)量測量技術(shù)主要有 FFT 算法、基于 MALLAT 算法、小波包變換、連續(xù)小波變換、復(fù)小波變換、自適應(yīng)小波和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測量方法等。應(yīng)用小波變換等快速、準(zhǔn)確的測量方法和可靠的測量儀器對電能質(zhì)量進行長期的監(jiān)測，對檢測出的擾動數(shù)據(jù)進行分類和分析，應(yīng)用模糊-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法確定有效信息的傳輸、存儲，找到影響電能質(zhì)量的原因，采取相應(yīng)的解決辦法，消除諧波污染并提高功率因數(shù)。
影響電能質(zhì)量的主要因素是各種非線性用電設(shè)備、變壓器和各類鐵心電抗器，可分為以下幾類：
1.電力電子裝置，特別是變頻器，這是最嚴(yán)重的諧波源，一般用于電動機的變頻調(diào)速，如電力機車、水泵、風(fēng)機、中央空調(diào)、鍋爐等，這些裝置在整流、逆變、調(diào)壓及變頻可程中產(chǎn)生大量的諧波；
2.電弧爐，如煉鋼用的交流電弧爐；
3.家用電器，如日光燈、電視機、空調(diào)、電冰箱等；4.有開關(guān)電源的設(shè)備，如計算機等。必須對這些設(shè)備進行電磁兼容性設(shè)計和檢測，以符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，減少和消除對電網(wǎng)的污染。
4. 上海茂育科教設(shè)備有限公司生產(chǎn)的維修電工實訓(xùn)設(shè)備是根據(jù)實訓(xùn)線路進行元器件的合理布局，安裝、接線全部由學(xué)生自行完成，接近工業(yè)現(xiàn)場。能完成機床線路，電機控制線路，照明配電的模擬操作、安裝調(diào)試的綜合實訓(xùn)，訓(xùn)練學(xué)生動手能力和實操技能。該設(shè)備已符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，減少和消除對電網(wǎng)的污染。
四、結(jié)束語：
電工儀器儀表在工業(yè)和民用領(lǐng)域的應(yīng)用都非常廣泛,涉及工業(yè)生產(chǎn)、人身健康、財產(chǎn)安全、節(jié)約能源、環(huán)境保護等諸多方面。電工儀器儀表的技術(shù)進步為電力能源管理提供了至關(guān)重要的基礎(chǔ),不斷發(fā)展和提高電工儀器儀表技術(shù)對提倡節(jié)能減排,建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重要意義。
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