電力諧波應用于電力計量中的分析

【摘 要】電力系統(tǒng)收費主要是依據電力計量，電力計量直接關系到電力系統(tǒng)的經濟效益，對電力系統(tǒng)中計算技術指標也有很大的影響，在電力系統(tǒng)安全、合理的運行和電力的市場化方面有著重要的作用。電網中存在的諧波，嚴重影響了電力計量的合理性和準確性，影響了供電部門和用電人員的經濟利益以及電力交易的公平性。本文主要通過電力諧波的論述，分析其對電力計量的影響。

【關鍵詞】電力諧波；電力計量；影響

一、電力諧波出現的原因

第一，發(fā)電源質量低出現諧波。由于三相繞組，制作發(fā)電機時很難達到絕對的對稱，發(fā)電機的鐵心也很難保持絕對均勻，因此，發(fā)電源總會出現一些諧波，不過，一般來說比較少。

第二，輸配電系統(tǒng)出現諧波。通常是電力變壓器中出現諧波，由于變壓器鐵心飽和，非線性的磁化曲線，設計變壓器時的經濟性，工作磁密處于磁化曲線的飽和段中，磁化電流就呈現為尖項波形，含有奇次諧波。變壓器中鐵心飽和程度越高，偏離線性就越遠，出現諧波電流往往也就越大。

第三，用電設備出現的諧波。晶閘管整流在鋁電解槽、電力機車以及開關電源等方面得到逐漸廣泛的應用，使配電網出現了很多的諧波。整流裝置是單相整流電路，接感性負載時往往富含奇次諧波電流，3次諧波含量就達到基波的30%，當電容值增大時，諧波含量也會隨之增大。根據統(tǒng)計的結果，整流裝置出現的諧波在所有諧波中的比例為40%，為最大的諧波源。

二、電力諧波的測量方法

要想解決諧波問題就必須要進行諧波測量，這是研究諧波的出發(fā)點和主要的依據。測量諧波，可以對配電網里諧波的含量和潮流方向進行實時監(jiān)測，并分析諧波流向，對正反向的諧波電量進行計量，并計量每次諧波的占有率以及諧波電壓電流的幅值和相位等，根據計量的數據，電力部門可以制定出相關的諧波治理方式。諧波的特點主要有非平穩(wěn)性、隨機性、非線性以及復雜的影響因素等，使諧波在測量時很難做到準確。

目前，測量電力諧波主要有下面幾種方法：模擬帶通或者帶阻濾波器進行測量；根據傅立葉變換的方式進行測量；根據瞬時無功功率進行測量；采取小波方法進行測量。每種方法都有自身的優(yōu)缺點，目前的電力諧波測量中應用最廣泛的是根據傅里葉變換的方式進行測量。

三、電力諧波對電力計量的影響

1.影響電力計量的準確性

第一，感應式電能表。在研究波形畸變影響電能表計量時，要掌握電能表頻率特征，電能表頻響是否有平坦的曲線，直接影響諧波功率下出現的計數誤差大小。感應式電能表僅僅在較窄的頻率范圍，并且電壓、電流是正弦波時，才可以發(fā)揮出最好的工作性能。如果配電系統(tǒng)里電壓和電流波形偏離正弦出現畸變時，電能表測量的準確度會降低。電壓以及電流諧波測量時的頻率越高，負誤差就越大。

第二，電子式電能表。不同被測信號出現不同的波形響應，電子式電能表出現的誤差也會有相應的差別。正弦函數具有正交性的特點，功率的電壓或者電流兩信號中僅出現一個畸變時，導致電能表測量誤差，不過誤差很小，忽略不計。如果兩信號的波形都出現畸變時，數字乘法器的構成以及時分割乘法器的構成使電能表測量出現的誤差在可控精度范圍以內。測量電能量的過程中，配電網的電壓和電流在測量以后，借助互感器轉變?yōu)槿蹼娦盘栆院笤龠M入電能表，所以，互感器自身的準確度對測量結果是否準確有著直接的影響。當用于測量的互感器出現非線性特性，畸變信號傳輸中途徑互感器時，在互感器中轉換每次諧波的比例就前后不一致，容易導致被測信號出現變形，此時，測量誤差就會變得很大。從實踐中得出，在波形出現畸變的情形下，在互感器中的波形變換的誤差隨著出現諧波頻率的增高而增大，并且偶次諧波中波形變換的誤差大于奇次諧波。

2.影響電力計量的合理性

電能表計量的電能一般是基波電能和每次諧波電能的總和，每次諧波電能受不同負荷情況的影響，也會出現不同的方向。作為電力部門，希望電力系統(tǒng)中用戶的電流是基波電流，使配電網中的電壓也成為基波電壓，使線性負荷對用戶產生的不良影響減輕。作為用戶，以為僅計量基波電能會變得更加經濟、合理，所以也想僅對基波電能進行計量。不過，目前大部分用戶的電能負荷特性屬于非線性的，像整流器、冶金、化工、逆變器以及電氣化鐵路等的負荷，所有這種負荷帶來的諧波電流都是向配電網流動的，由理論分析以及試驗研究得出諧波功率也往配電網流動。

基波電能減掉諧波電能是電能表計量出來的有功功率，計算基波電能偏低的話，配電網會造成諧波污染。系統(tǒng)電源是正弦波時，同時線性負荷電壓和電流的信號也都是正弦波，僅僅耗費了基波的有功功率。如果非線性負荷中的電壓也是正弦波，出現電流畸變，因為三角函數具有正交性，同一頻率的電壓和電流不會出現零積分，電路消耗掉的有功功率只是同一頻率的電壓和電流積分，這種電路也僅僅把基波的有功功率耗費掉。如果系統(tǒng)電源出現的畸變不包括內阻時，配電網中線性負荷電壓和電流都會出現畸變，不僅會耗費掉基波的有功功率，而且諧波的有功功率也被耗費掉；非線性負荷電壓和電流往往也會出現畸變，不僅會耗費掉基波的有功功率，諧波的有功功率同樣被耗費掉。如果系統(tǒng)電壓是正弦波并且包括內阻，配電網中線性負荷電壓和電流沒有出現畸變，僅僅是耗費掉基波的有功功率，不過非線性負荷會吸收基波的有功功率，并且向系統(tǒng)注人諧波的有功功率。所以，科學的電能計量應該分布計量基波電能以及諧波電能，并根據基波電能來收取電費。

3.計量方法的選擇

工業(yè)用電中，電力計量大多是多功能的電子式電能表，一般居民、非工商業(yè)等在電力計量時常選取感應式電能表。根據國家發(fā)改委相關的規(guī)定，不同類型的用電用戶采取不同的電價收費方式，電能表只能測量出基波功率，無法進行對諧波功率的測量。電力部門以及線性負載用戶，用電時受到了諧波帶來的影響，付費上卻沒有造成諧波功率帶來的額外損失；而非線性的負載用戶，承擔了所有的基波電能費用，卻不能補償因出現諧波給電力系統(tǒng)帶來的損失。

目前，在我國智能電網的建設中，智能電能表作為基礎設備開始應用，它使配電網走向信息化、數字化以及自動化，在電力諧波的電力計量上發(fā)揮了重要的作用。智能電能表可以雙向計量，具備預付費、階梯電價以及遠程斷電的功能，對配電網的運行電能質量以及環(huán)境參量進行實時監(jiān)測，有利于保障電力企業(yè)的效益，確保電力供應的穩(wěn)定性。尤其是當前用戶要求電能質量不斷提高，而非線性負載又得到廣泛的使用。電力諧波使用戶的利益受到很大的損害，而且造成了電力系統(tǒng)不斷增加非經營成本的投入，面對這種情形，電力部門就急需采取一種新的計量方式。職能電能表可以較好的滿足這種需求，它不僅可以測量基波功率值，還測量到諧波潮流的方向以及大小，針對非線性負載用戶出現的諧波功率，根據測量的結果給他們額外的經濟懲罰，用來補償給電力部門以及線性用戶造成的損失。該計量方式計費比較合理，使非線性用戶承擔了諧波危害帶來經濟損失。

總結

隨著配電網中投入越來越多的非線性負荷，使配電網出現了很多諧波電流，造成電壓和電流的畸變，出現諧波污染的情況，附加的諧波在很大的程度上損耗了電能。諧波電能怎么計算，諧波電能帶來的損耗又由誰來承擔，針對造成的損耗選取什么樣的計費標準，都是電力諧波應用于電力計量時需要解決的問題，只有解決好才可以帶來很好的社會和經濟效益。