諧波對(duì)電能計(jì)量的影響研究

邵志輝

內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏海電業(yè)局

諧波對(duì)電能計(jì)量的影響研究

邵志輝

內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏海電業(yè)局

本文主要分析了電能計(jì)量中諧波影響原理，并通過實(shí)驗(yàn)分析了諧波的電能表誤差頻率特性和基波疊加單一諧波誤差，最后提出了改善諧波對(duì)電能表計(jì)量影響的對(duì)策。

諧波；電能計(jì)量；電能表；非線性用戶

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民物質(zhì)水平要求的不斷增加，電能在國家的核心發(fā)展中占據(jù)著重要的地位。而在當(dāng)前的電力系統(tǒng)，在通過非線性設(shè)備時(shí)，正弦供電非正弦電流也就是我們所說的諧波電流，諧波電流的產(chǎn)生只跟自身特性、工作狀態(tài)和外加電壓相關(guān)。諧波具有一定的危害性，比如破壞正常的供電電壓，降低整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量，進(jìn)而威脅到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對(duì)用電設(shè)備及以外設(shè)備產(chǎn)生危害。因此，必須采取措施將流入電網(wǎng)的諧波電流和諧波電壓控制在允許范圍以內(nèi)。

2 諧波對(duì)電能計(jì)量影響的機(jī)理

2.1 諧波源負(fù)荷的功率

諧波源用戶注入公網(wǎng)的諧波電能只跟自身特性、工作狀態(tài)和外加電壓相關(guān)。因此，我們在分析時(shí)諧波源負(fù)荷的功率假設(shè)供電系統(tǒng)中只有一個(gè)諧波源用戶，且供電系統(tǒng)供電電壓為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，然后分析用戶接入后的諧波源負(fù)荷功率。

電網(wǎng)提供給諧波源用戶的功率為P，諧波源實(shí)際消耗的有功功率為，轉(zhuǎn)化成諧波有功功率所需要的基波有功功率為Ph，因此，總基波有功功率P為P1和P2之和，總負(fù)荷功率為P和Ph之和。在用戶從電網(wǎng)中獲取基波功率的同時(shí)將的基波功率轉(zhuǎn)化為諧波功率輸入到電網(wǎng)中。假設(shè)流出母線的功率為正，反之為負(fù)，則諧波源產(chǎn)生的諧波電流是流入母線的，功率為負(fù)，因此諧波源負(fù)荷總功率小于從電網(wǎng)汲取的總基波有功功率，考慮到Ph對(duì)于電網(wǎng)是不利的諧波功率，所以諧波源用戶在對(duì)電網(wǎng)造成污染的同時(shí)還減少了計(jì)算電量。

2.2 非諧波源用戶的功率

因?yàn)槟妇€中也包含了諧波電壓，因此非諧波源用戶的功率為P1和Ph的和，也受到了諧波污染，且P1和Ph是同方向的，導(dǎo)致電量計(jì)算增加。

3 諧波對(duì)電能表影響的實(shí)驗(yàn)

3.1 電能表誤差頻率特性分析

研究波形畸變對(duì)電能表計(jì)量影響最根本的依據(jù)就是電能表誤差頻率特性，感應(yīng)式電能表誤差頻率曲線和電子式電能表誤差頻率曲線。感應(yīng)式電能表的誤差頻率隨著諧波頻率的增高而增加，且呈現(xiàn)著下降的趨勢；電子式電能表誤差頻率也隨著諧波頻率的增高而增加，但呈現(xiàn)的平坦趨勢。因此，電子式電能表的計(jì)量誤差要遠(yuǎn)小于感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差。

3.2 基波疊加單一諧波誤差分析

考慮到電力系統(tǒng)當(dāng)中三次諧波的含量最大，為便于分析諧波對(duì)電能表影響程度，采用的是在基波上疊加三次諧波，設(shè)誤差1為全能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)下的誤差，誤差2為基波能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)下的誤差，通過改變電壓、電流諧波含量與基波含量的比值，以及功率因數(shù)的參數(shù)值，對(duì)兩種電能表的誤差進(jìn)行比較分析。部分計(jì)量誤差表如下：

經(jīng)分析可以得出，在以全能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是，感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差要遠(yuǎn)大于電子式電能表的計(jì)量誤差，而在以基波為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差略小于電子式電能表，在諧波頻率較高時(shí)遠(yuǎn)小于電子式電能表。

4 改善諧波對(duì)電能表計(jì)量影響的對(duì)策

非線性用戶是電力系統(tǒng)當(dāng)中的諧波源，為了改善諧波源用戶為電網(wǎng)帶來的污染，可以對(duì)諧波源污染用戶進(jìn)行懲罰措施，但是同時(shí)也可以使用更有效的科學(xué)的電能質(zhì)量計(jì)量方法，從根本去完善?；趪鴥?nèi)目前有諧波功率潮流方向法、電流矢量法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法區(qū)分實(shí)際諧波，本文考慮使用基波電能計(jì)量，將諧波電流進(jìn)行矢量分解來區(qū)分用戶負(fù)擔(dān)諧波的責(zé)任。具體是使用波動(dòng)量法得到諧波阻抗，再使用諧波矢量分解法計(jì)算應(yīng)當(dāng)負(fù)擔(dān)的諧波責(zé)任。采用的是帶加權(quán)系數(shù)的諧波有功電能計(jì)量公式，這種計(jì)量收費(fèi)方式，一方面可以補(bǔ)償受到諧波危害的線性用戶，另一方面合理處罰發(fā)出諧波的非線性的用戶，最終實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確而公平的計(jì)量。這種方法適合于諧波污染較嚴(yán)重的電網(wǎng)系統(tǒng)。除此以外，本文設(shè)計(jì)了一種可以精確測量諧波電能的電能表，基本原理是由數(shù)字乘法器和MCU告訴數(shù)據(jù)處理器對(duì)電流、電壓的波形進(jìn)行采樣，通過準(zhǔn)確的電能測量、諧波分析和計(jì)算等工作顯示準(zhǔn)確的諧波電能值。

5 結(jié)論

本文通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深了諧波對(duì)電能計(jì)量影響的研究，常用的電能表會(huì)對(duì)諧波電能產(chǎn)生影響，引起計(jì)量誤差。本文提出的改進(jìn)方法，使用加權(quán)系數(shù)的基波電能計(jì)量方法可以在污染較重的電網(wǎng)系統(tǒng)中減小諧波對(duì)系統(tǒng)的影響，雖然此方法也存在著一定的技術(shù)難度和成本過高的問題，實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜，但是可以供同行業(yè)參考與研究。依據(jù)國家對(duì)諧波的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保障維護(hù)公共連接點(diǎn)供電電壓的合格與安全，供電公司和用電客戶要聯(lián)合起來把諧波對(duì)電能計(jì)量的危害控制在一定范圍內(nèi)，維護(hù)好自身利益。

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