電能計(jì)量受供電系統(tǒng)諧波的影響分析

【摘要】供電系統(tǒng)諧波的存在，對(duì)電能計(jì)量的準(zhǔn)確性造成了一定的影響，如果不采取一定的措施進(jìn)行處理，將會(huì)影響電力用戶、發(fā)電企業(yè)、輸配電企業(yè)三者的共同利益。文章分析了供電系統(tǒng)的諧波源，探析了諧波對(duì)電能計(jì)量的影響，并提出了在諧波影響下提高電能計(jì)量準(zhǔn)確性的幾點(diǎn)措施，以供參考。

【關(guān)鍵詞】電能計(jì)量；供電系統(tǒng)；諧波；影響

一、前言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷的提高，人們不僅僅只關(guān)注供電系統(tǒng)的頻率和電壓，對(duì)供電系統(tǒng)諧波的關(guān)注度也越來越高。供電系統(tǒng)諧波會(huì)影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響電力用戶與輸配電企業(yè)、發(fā)電企業(yè)之間交易的合理性與公平性，因此研究供電系統(tǒng)中諧波源的分布狀況，分析諧波存在下對(duì)電能計(jì)量的影響，然后采取影響的措施提高在諧波影響下提高電能計(jì)量準(zhǔn)確性的措施進(jìn)行處理，對(duì)保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、供電系統(tǒng)諧波源的分析

供電系統(tǒng)的諧波源主要包括以下幾種：其一，各種交直流的電力電子變換器裝置，電力電子變換器裝置是目前主要的諧波源之一，供電系統(tǒng)中大、中容量的整流負(fù)荷通常采用三相12脈動(dòng)整流橋和三相6脈動(dòng)整流橋，由于整流器的非線性導(dǎo)致產(chǎn)生諧波；其二，電力機(jī)車引動(dòng)大功率單相整流負(fù)荷的諧波源，由于電力機(jī)車牽引大功率單相整流的波動(dòng)性相對(duì)較大，并且還具有不對(duì)稱性和非線性，在供電系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序分量，導(dǎo)致供電系統(tǒng)產(chǎn)生高次諧波，影響供電質(zhì)量，此外，當(dāng)負(fù)序分量和諧波進(jìn)入電網(wǎng)時(shí)，不僅僅會(huì)造成供電質(zhì)量的下降，還會(huì)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)造成危害；其三，電弧爐、電弧焊機(jī)類強(qiáng)沖擊性、非線性負(fù)載的諧波源，電弧爐、電弧焊機(jī)電流波形存在較大的畸變，三相電流嚴(yán)重不對(duì)稱，含有大量的高次諧波；其四，含有變壓器等鐵磁非線性諧波源，不論變壓器三相繞組如何接線，電流中都會(huì)存在大量的諧波，并且互成回路，該種諧波源在供電系統(tǒng)諧波源中占有的比例相對(duì)較小。

三、諧波對(duì)電能計(jì)量的影響分析

（1）諧波對(duì)數(shù)字式電能表計(jì)量的影響分析。數(shù)字式電能表是在電子式電能表的基礎(chǔ)上提出的，通過數(shù)字乘法器，采用A/D轉(zhuǎn)換器把電流與電壓進(jìn)行數(shù)字化相乘，這樣能夠得到很高的測(cè)量準(zhǔn)確度。通常狀況下，數(shù)字式電能表對(duì)電流信號(hào)、電壓信號(hào)進(jìn)行周期性的采樣處理，當(dāng)處理過程受到諧波的影響時(shí)，將會(huì)影響采樣周期的信號(hào)頻率，導(dǎo)致信號(hào)頻率和實(shí)際信號(hào)頻率不一致，導(dǎo)致出現(xiàn)頻譜泄露，從而引起柵欄效應(yīng)，導(dǎo)致數(shù)字式電能表計(jì)量出現(xiàn)誤差。對(duì)于諧波對(duì)數(shù)字式電能表計(jì)量的影響，可以采用FFT算法進(jìn)行測(cè)頻和采樣處理，能夠有效的降低諧波對(duì)電能計(jì)量的影響，保證數(shù)字式電能表在諧波存在的條件下，依然能夠較為準(zhǔn)確的計(jì)量電能。

（2）諧波對(duì)電子式電能表的影響分析。隨著電能表產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電子式電能表已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在供電系統(tǒng)中，并且逐漸的研制出了電子式多功能電子表，例如DSSD666-H系列多功能電子電能表。電子式電能表主要采用模擬式分割乘法器實(shí)現(xiàn)對(duì)電能以及電功率的計(jì)量，隨著供電系統(tǒng)諧波含量的增加，電子式電能表以更寬的頻率相應(yīng)，計(jì)量的誤差也隨之增加，并且計(jì)量誤差還隨著諧波頻次的升高而不斷的增加。通過對(duì)電子式電能表進(jìn)行誤差分析，電子式電能表由于頻帶較寬，對(duì)諧波電能以及基波電能都能夠較為準(zhǔn)確的計(jì)量。但是，不能將基波功率和諧波功率進(jìn)行同等對(duì)待，這樣會(huì)導(dǎo)致計(jì)量誤差的增大。此外，電子式電能表在設(shè)計(jì)上并沒有考慮計(jì)量高次諧波功率，因此電子式電能表計(jì)量非線性負(fù)載功率時(shí)，同樣漏計(jì)了諧波所消耗的功率，這樣不僅少收取了用戶的電費(fèi)，還增加了線路的損耗，進(jìn)而損害了供電企業(yè)的利益。

（3）諧波對(duì)電磁式電能表的影響分析。電磁式電能表通過利用處有關(guān)磁場(chǎng)形成力的原理和在交變磁場(chǎng)金屬中的感應(yīng)電流制成，由于電磁式電能表是根據(jù)工頻正弦波進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此，只有保證其在較窄的工頻范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出最佳的運(yùn)行性能，當(dāng)供電系統(tǒng)中的波形發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電磁式電能表中的感應(yīng)電流發(fā)生畸變，從而引起電磁式電能表計(jì)量產(chǎn)生誤差，不同諧波頻率下的誤差值存在一定的差異，并且諧波的頻率增大時(shí)，電磁式電能表的計(jì)量誤差也會(huì)隨之增大。根據(jù)電磁式電能表的計(jì)量原理，能夠得出在諧波影響下對(duì)用戶電能使用的影響：其一，當(dāng)用戶為非線性用戶時(shí)，用戶除了消耗自身部分的諧波外，還應(yīng)該向電網(wǎng)輸送諧波分量，但是電磁式電能表計(jì)量的電能是基波電能，并且扣除了這部分諧波電能，導(dǎo)致計(jì)量值比實(shí)際值小，這樣就導(dǎo)致出現(xiàn)雖然非線性用戶污染了供電系統(tǒng)，但是反而少繳費(fèi)的狀況；其二，當(dāng)用戶為線性用戶時(shí)，基波和諧波的潮流方向相同，電磁式電能表計(jì)量的電能包括了諧波電能和基波電能，導(dǎo)致計(jì)量值超過實(shí)際值，導(dǎo)致出現(xiàn)線性用戶為諧波的受害者，還需要多繳納電費(fèi)的狀況。

四、諧波影響下提高電能計(jì)量準(zhǔn)確性的措施

（1）選擇性計(jì)量電能。將電流信號(hào)和電壓信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，然后通過數(shù)字化計(jì)算得到相應(yīng)的總功率，再進(jìn)行相位校正。如果諧波功率和基波功率的方向不同，此時(shí)計(jì)量諧波電能和基波電能的總和；如果諧波功率和基波功率的方向相同，則只計(jì)量基波電能。

（2）采用工頻基波電能表和寬頻帶功率電能表相互配合的方式，協(xié)同發(fā)揮作用。這種方式既能夠測(cè)量諧波潮流的方向和大小，又能夠計(jì)量基波的功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電能與基波電能的精確計(jì)量。

（3）利用分頻技術(shù)對(duì)諧波電能和基波電能進(jìn)行計(jì)量，對(duì)諧波電能部分增加必要的懲罰電能費(fèi)用，并且對(duì)吸收或者消耗諧波電能給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，進(jìn)而有效的控制諧波源的擴(kuò)散，通過降低諧波源的數(shù)量來降低諧波對(duì)電能計(jì)量的影響。

（4）在供電系統(tǒng)中引進(jìn)高階低通濾波器、雙頻濾波器、單頻協(xié)濾波器等，將電能表的高次諧波過濾掉，這樣電能表就只記錄基波功率及其消耗的電能。這種方式比較容易實(shí)施，并且通過這種方法能夠保住線性負(fù)載用戶和供電企業(yè)避免在繳納電費(fèi)方面帶來的損失。

（5）在供電系統(tǒng)中引進(jìn)大變頻電能表，這樣能夠?qū)€性負(fù)載基波功率進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量，但是這種方法不適用于非線性負(fù)載用戶。

（6）電力部門應(yīng)該不斷的提高管理水平和技術(shù)水平，通過制定相應(yīng)的制度，限制進(jìn)入電網(wǎng)中諧波的量，將諧波的含量控制在不影響電能計(jì)量的范圍內(nèi)，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保證電力用戶、輸配電企業(yè)、發(fā)電企業(yè)的共同利益。

五、結(jié)束語

總而言之，電能作為國民經(jīng)濟(jì)以及人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾茉?，電能?jì)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到電力用戶、輸配電企業(yè)以及發(fā)電企業(yè)三者的共同利益，因此，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性勢(shì)在必行。但是，由于諧波的存在，對(duì)電能計(jì)量的準(zhǔn)確性造成了一定的影響，直接損害了電力用戶、輸配電企業(yè)以及發(fā)電企業(yè)三者的利益，因此十分有必要展開諧波對(duì)電能計(jì)量的影響分析，然后采取相應(yīng)的強(qiáng)化措施進(jìn)行處理，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保證三方的利益，進(jìn)一步促進(jìn)我國供電事業(yè)健康、穩(wěn)定、快速的發(fā)展。

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