諧波背景下電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差分析

杜錦陽

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510730）

諧波背景下電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差分析

杜錦陽

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510730）

電能計(jì)量系統(tǒng)是計(jì)量電能使用情況的儀器，受到電網(wǎng)運(yùn)行中所產(chǎn)生的諧波影響時(shí)，電能計(jì)量系統(tǒng)所收集的計(jì)量數(shù)據(jù)信息會不夠準(zhǔn)確。電能計(jì)量系統(tǒng)產(chǎn)生計(jì)量誤差，不僅會給供電公司造成經(jīng)濟(jì)損失，對電能用戶也會產(chǎn)生一定的影響。本文針對諧波背景下電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差進(jìn)行分析。

電能計(jì)量系統(tǒng)；諧波；計(jì)量誤差

現(xiàn)行的生活、生產(chǎn)中電能是重要的能源。電能作為供電企業(yè)的特殊產(chǎn)品，也是企業(yè)經(jīng)濟(jì)收入中的重要組成部分。電能計(jì)量系統(tǒng)對電能用戶的電能使用量進(jìn)行計(jì)量，如果存在計(jì)量誤差，就會給供電企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

目前的電網(wǎng)運(yùn)行中會產(chǎn)生諧波，是由于用電設(shè)備的技術(shù)越來越先進(jìn)，設(shè)備的電能容量以及負(fù)荷都有所提升，就會導(dǎo)致諧波產(chǎn)生，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了不良影響。對于供電企業(yè)而言，電能計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是對電能用戶收取電費(fèi)的依據(jù)，諧波引起電能計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)計(jì)量誤差，就會導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確性。

1 電能計(jì)量系統(tǒng)在諧波下所產(chǎn)生的誤差

如若電能計(jì)量系統(tǒng)出現(xiàn)計(jì)量誤差，那么，一定就是裝置上存在問題，一般情況下，可以將其分成TA誤差、電能表誤差以及電壓互感設(shè)備誤差。實(shí)現(xiàn)對電能計(jì)量系統(tǒng)的誤差探究從以下兩方面進(jìn)行著手。

（1）電子類型的電能表概述。電子類型電能表涵蓋電子類型以及機(jī)電類型的電能表兩類，后者一般是利用電子方面以及測量的類似部件構(gòu)成，而這類的電能表波形信號裝置一般都通過脈沖信號，以致于其也被稱作感應(yīng)類型的脈沖電能表。電子類型的電能表也被稱為精致類型電能表或固態(tài)類型多動能電能表，且其大都由集成芯片構(gòu)成，利用電子電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。電子類型的電能表有可分為數(shù)字型以及模擬乘法式電能表兩類。

（2）CVT諧波測量所產(chǎn)很的誤差分析。通常在諧波的作用下，可以對阻尼設(shè)備、電抗設(shè)備以及中間變壓設(shè)備等進(jìn)行良好的補(bǔ)償，所以就要對其性能以及特征進(jìn)行充分的考慮。根據(jù)國際電工IEC對于標(biāo)準(zhǔn)的明示，CVT在測量繞組的過程中需要保證在98%～100%之間的既定頻率左右，要符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的明確內(nèi)容；在保證精度方面，保護(hù)繞組要控制在95%～101%的范圍內(nèi)。CVT在自動裝置基波信號、基波電壓以及系統(tǒng)保護(hù)相互轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)上，可達(dá)到系統(tǒng)要求。但是，測電壓頻率發(fā)生變化，且諧波存在，這時(shí)的LC串聯(lián)諧振回路就會偏離，導(dǎo)致出現(xiàn)測量的較大誤差。

2 電網(wǎng)運(yùn)行中諧波產(chǎn)生的原因

電力系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，如果有非線性負(fù)載存在，就會導(dǎo)致諧波產(chǎn)生。主要的產(chǎn)生原因包括三個(gè)方面的內(nèi)容，即發(fā)電的原因、用電的原因以及輸配電系統(tǒng)運(yùn)行中而產(chǎn)生諧波。

（1）由于發(fā)電的原因而引發(fā)的諧波。發(fā)電站的發(fā)電機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的時(shí)候，由于三相繞組不是完全對稱的，所以，發(fā)電機(jī)的發(fā)電質(zhì)量會存在問題?；诖硕前l(fā)電機(jī)在發(fā)電的過程中會產(chǎn)生諧波。

（2）由于用電的原因而引發(fā)的諧波。在電氣設(shè)備中普遍安裝有晶閘管。當(dāng)電氣設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，就會產(chǎn)生諧波，特別是當(dāng)整流設(shè)備選用晶閘管材質(zhì)，就更容易產(chǎn)生諧波。在日常的用電設(shè)備中，產(chǎn)生諧波的有很多，包括電源的開關(guān)、機(jī)電保護(hù)器以及電動車等等，都會在使用的過程中產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)的運(yùn)行造成了不良影響。

（3）輸配電系統(tǒng)運(yùn)行的過程中所產(chǎn)生的諧波。輸配電系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，系統(tǒng)中所安裝的變壓器的鐵心飽和狀態(tài)，很容易產(chǎn)生諧波。主要的原因在于，當(dāng)鐵心被磁化之后就會形成非線性磁化曲線。當(dāng)變壓器處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，磁化曲線的飽和段上的磁密就會對變壓器產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)為磁化電流的波形會呈現(xiàn)出尖項(xiàng)，此時(shí)，在其中就會有奇次諧波產(chǎn)生。當(dāng)變壓器的鐵心處于高飽和狀態(tài)的時(shí)候，線性距離工作的點(diǎn)位就會更遠(yuǎn)，就必然會產(chǎn)生大量的諧波。當(dāng)感性負(fù)載連接到電路裝置上面的時(shí)候就必然會產(chǎn)生奇次諧波，而且奇次諧波在基波中所占據(jù)的比例是非常大的。當(dāng)容性負(fù)荷連接到電路裝置當(dāng)中時(shí)，就會隨著電容值頻率的增加而產(chǎn)生奇次諧波。產(chǎn)生諧波量最大的是整流裝置，其所產(chǎn)生的諧波量之大，在基波中所占有的比例能夠達(dá)到40%。

3 諧波對電能計(jì)量系統(tǒng)所造成的影響

（1）諧波對電能計(jì)量系統(tǒng)的干擾而導(dǎo)致計(jì)量誤差存在。理論而言，電能的全能量包括基波電能和諧波電能。電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，會產(chǎn)生諧波而導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確。主要在于線性狀態(tài)下的電能負(fù)荷，供應(yīng)狀態(tài)卻是非正弦的。在諧波的影響下，電氣設(shè)備會不同程度地干擾到電能表的運(yùn)行而造成電能計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行中所獲得的計(jì)量數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，對用戶收取電費(fèi)也存在不合理性。處于線性負(fù)荷狀態(tài)下的電能負(fù)荷是非常理想的，但是，如果此時(shí)有諧波產(chǎn)生，就會對電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成影響。此時(shí)，在電力系統(tǒng)中機(jī)會流入電流。電能表的電能計(jì)量是基波電能建區(qū)倒流入電力系統(tǒng)的諧波電能而獲得的數(shù)值。非線性負(fù)荷不僅會使得電網(wǎng)遭到諧波污染，電能計(jì)量系統(tǒng)的電能計(jì)量數(shù)據(jù)也會存在誤差，并因此而給電力企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。電能負(fù)荷為非線性狀態(tài)，如有電源畸變現(xiàn)象存在，當(dāng)電網(wǎng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，電能負(fù)荷就會將基波電能和諧波電能吸收，過程中，電網(wǎng)中會流入諧波而對電網(wǎng)正常運(yùn)行造成干擾。

（2）諧波對電能計(jì)量系統(tǒng)的干擾而導(dǎo)致計(jì)量裝置運(yùn)行不穩(wěn)定。電能計(jì)量中所使用的電能表分為兩種，即電子式的和感應(yīng)式。

測量電能的過程中，電子式電能表會受到不同的信號波的影響而產(chǎn)生不同的計(jì)量數(shù)值。電流信號會受到正函數(shù)的正交性影響而使得功率電壓產(chǎn)生畸變，電能計(jì)量裝置計(jì)量工作中就會有誤差產(chǎn)生。如果此時(shí)計(jì)量誤差比較小，并不會對計(jì)量數(shù)值產(chǎn)生影響，因此可以忽略不計(jì)。如果電網(wǎng)運(yùn)行中，電流和電壓經(jīng)過互感器之后，就會使其成為弱信號，流入電能計(jì)量裝置之后，在互感器的非線性特性下就會導(dǎo)致信號以非正常狀態(tài)存在，電能表的計(jì)量數(shù)值也因此而使得計(jì)量數(shù)值不準(zhǔn)確。感應(yīng)式電能表處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，當(dāng)電能計(jì)量裝置所顯示的數(shù)據(jù)有畸變的波形產(chǎn)生時(shí)，就要觀察電能表頻率響應(yīng)曲線，對電能表計(jì)量中所存在的問題具有針對性地進(jìn)行諧波分析。如果電流和電壓的波形都已經(jīng)與正弦波狀態(tài)相背離，就會導(dǎo)致諧波影響下的電能表計(jì)量電能存在誤差。

（3）諧波條件下測量無級變速箱基波電壓而產(chǎn)生計(jì)量誤差。在設(shè)置仿真參數(shù)的時(shí)候，電壓源的相位設(shè)置為“0”，所獲得的仿真結(jié)果中，幅值和相角的誤差都會存在一定的差異性。

在測量無級變速箱基波電壓的時(shí)候，可以獲得準(zhǔn)確度較高的數(shù)值。但是，如果測量諧波電壓的幅度值不夠準(zhǔn)確，且此時(shí)所產(chǎn)生的誤差值為95%，無級變速箱就會存在相位偏差。這就意味著諧波條件下不可以對無級變速箱進(jìn)行測量。

4 對諧波采取有效治理措施以確保計(jì)量準(zhǔn)確

（1）做好諧波管理工作。電力企業(yè)不僅要保證電能計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，還要認(rèn)識到治理諧波的重要性。面對電網(wǎng)運(yùn)行中所產(chǎn)生的諧波污染，只有相關(guān)工作人員提高治理諧波的意識，才能夠有效地避免諧波存在，保證了電能質(zhì)量。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，主要管理部門工作人員在充分認(rèn)識到諧波的危害的同時(shí)，還要研究諧波源是符合產(chǎn)生的，如何準(zhǔn)確地判斷諧波源，以具有針對性地采取諧波治理措施，并且將諧波污染控制在規(guī)定范圍內(nèi)。在諧波相對集中的位置作為觀察點(diǎn)，對諧波數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，評估電器設(shè)備的使用情況，以及時(shí)地采取治理措施，避免出現(xiàn)諧波污染超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。

（2）對諧波采取必要的治理措施。電能計(jì)量系統(tǒng)的電能計(jì)量很容易在諧波的干擾下而影響到計(jì)量準(zhǔn)確性。如果電能經(jīng)常會被諧波所干擾，可以將原有的電能表替換為數(shù)字電能表，不僅可以提高電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，還要對諧波數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析，還有必要安裝濾波裝置。當(dāng)諧波含量降低了，就必然會減輕對電氣設(shè)備干擾，電能計(jì)量系統(tǒng)的運(yùn)行趨于正常，就必然會提高計(jì)量準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)電能計(jì)量系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)對電能用戶的電量使用情況進(jìn)行信息收集和整理的時(shí)候，諧波對電能計(jì)量系統(tǒng)產(chǎn)生的影響會給電力系統(tǒng)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，在諧波背景喜愛對電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差問題深入研究，并采取必要的防御措施，以保證電能計(jì)量裝置的計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

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