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(cè)量與分析,、諧波測(cè)量,、無功功率測(cè)量與補(bǔ)償以及自動(dòng)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(gè)重要方面,，而電量及電能質(zhì)量的測(cè)量技術(shù)是這些工作的基礎(chǔ),。通過對(duì)電量及電能質(zhì)量的測(cè)量、分析和管理,，為能源的準(zhǔn)確計(jì)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(cè)量,、電能質(zhì)量測(cè)量分析、諧波測(cè)量,、無功功率測(cè)量和自動(dòng)抄表系統(tǒng)等技術(shù)進(jìn)展及其在節(jié)能減排工作中的作用,。

一、引言：
隨著世界各國(guó)對(duì)能源和環(huán)境問題的高度重視,，特別是我國(guó)提出建設(shè)“資源節(jié)約型,、環(huán)境友好型"社會(huì)，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(shí)現(xiàn)這些目的，就必須對(duì)能源的主要組成部分——電力能源進(jìn)行精確的測(cè)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(diǎn)研究開發(fā)電力系統(tǒng)及工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)的電磁參量測(cè)量,技術(shù)方法,、儀器儀表和測(cè)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(jì)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(gè)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(bǔ)償裝置對(duì)于節(jié)能減排具有重要意義?？傊?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(cè)控技術(shù),。
二,、 電工儀器儀表的節(jié)能設(shè)計(jì)：電工儀器儀表設(shè)計(jì)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(jì)應(yīng)遵循以下原則,。
1.選用低功耗傳感器：近年來,因?yàn)閭鞲衅靼l(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(shí),應(yīng)選擇價(jià)格,、性能符合使用設(shè)計(jì)要求的微功耗,、低功耗傳感器。
2.簡(jiǎn)化儀器功能：多功能勢(shì)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(shí)現(xiàn)儀器的功能,簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì),是降低儀器功耗的有效方法,。
3.設(shè)計(jì)低功耗電路,采用低功耗器件：降低儀器功耗的主要設(shè)計(jì)原則是采用低功耗器件。設(shè)計(jì)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(yùn)算放大器;并采用可編程器件FPGA從而取代分立元件,實(shí)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(dòng)態(tài)范圍較廣, 在允許犧牲電路增益時(shí),降低電源電壓可降低降低功耗。低電壓供電對(duì)于減低器件電流消耗的作用十分明顯,。以低功耗集成運(yùn)算放大器LM324 為例, 功耗約為15mW;當(dāng)電源電壓為15V 時(shí),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(shí),。
5.降低信息處理單元的時(shí)鐘頻率：在權(quán)衡信息處理單元的運(yùn)算速度后,選用較低的時(shí)鐘頻率可以降低電流消耗。因?yàn)閮x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(shí)間,從而降低功耗,。
三、電能量采集及電能質(zhì)量測(cè)量分析：電能量采集和電能質(zhì)量測(cè)量與分析是電工儀器儀表的一個(gè)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(jì)量和貿(mào)易結(jié)算的基礎(chǔ),，同時(shí)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(jì)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(jí)）,、高穩(wěn)定性,、高可靠性、長(zhǎng)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(hào)處理的多功能電能表,。針對(duì)一些竊電現(xiàn)象,，在電能表設(shè)計(jì)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(jìn)行竊電而造成的損失,。
電能質(zhì)量測(cè)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(cè)量,。電力系統(tǒng)中各種擾動(dòng)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?，主要包括諧波、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(shí)間為特征，包括脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài),，表現(xiàn)為瞬時(shí)電壓上升或下降,，出現(xiàn)瞬時(shí)諧波、振蕩,。
目前國(guó)內(nèi)外電能質(zhì)量測(cè)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(cè)量方法等,。應(yīng)用小波變換等快速,、準(zhǔn)確的測(cè)量方法和可靠的測(cè)量?jī)x器對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，對(duì)檢測(cè)出的擾動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)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(chǔ)，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(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，如電力機(jī)車,、水泵,、風(fēng)機(jī)、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(jī),、空調(diào),、電冰箱等；4.有開關(guān)電源的設(shè)備,，如計(jì)算機(jī)等,。必須對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)和檢測(cè)，以符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,，減少和消除對(duì)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(shí)訓(xùn)設(shè)備是根據(jù)實(shí)訓(xùn)線路進(jìn)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(chǎng),。能完成機(jī)床線路，電機(jī)控制線路,，照明配電的模擬操作,、安裝調(diào)試的綜合實(shí)訓(xùn)，訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)操技能,。該設(shè)備已符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,，減少和消除對(duì)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(cái)產(chǎn)安全,、節(jié)約能源,、環(huán)境保護(hù)等諸多方面。電工儀器儀表的技術(shù)進(jìn)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(duì)提倡節(jié)能減排,建設(shè)資源節(jié)約型,、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義,。