諧波存在時(shí)的改進(jìn)電能計(jì)量方法及應(yīng)用

陳瀟

摘 要：電能在人們?nèi)粘５纳钪姓紦?jù)著很重要的地位，是社會發(fā)展中不可缺少的一部分。由于用電人群的增多，諧波大量注入電網(wǎng)，這給電力部門造成了很大的壓力。因此，需要提高電能計(jì)量的正確性，改進(jìn)電能計(jì)量的方法。只有這樣，才能從根本上解決問題。

關(guān)鍵詞：諧波；電能計(jì)量方法；基波頻率；電網(wǎng)

中圖分類號：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.152

近年來，電力能源在我國占據(jù)著重要的地位。只有發(fā)展好電力事業(yè)，才能更好地解決我國的電力問題。電能的計(jì)量方法是很重要的，它在生活中是不可忽視的。因此，我們應(yīng)改進(jìn)存在諧波時(shí)的電能計(jì)量方法。

1 電力諧波

電力諧波的存在往往會帶來很多問題，且它常會受到各種因素的影響。隨著我國社會的不斷發(fā)展，物質(zhì)能源變得非常豐富，其利用率也逐漸提高。此外，隨著科技的不斷發(fā)展，電力諧波的應(yīng)用率在逐漸提升。

1.1 定義

電力系統(tǒng)中的諧波在很久之前就被人們發(fā)現(xiàn)了。從一定的意義上來講，諧波是一個(gè)數(shù)學(xué)或物理概念，是指在周期函數(shù)或周期性的波形中，能用常數(shù)、與原函數(shù)的最小正周期相同的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的線性組合表達(dá)的部分，最終得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，這部分電量即為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中偶爾會存在非整數(shù)倍的諧波，其被稱為非諧波或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實(shí)際上是一種干擾量，會使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害和抑制等問題。

1.2 諧波帶來的危害

當(dāng)諧波出現(xiàn)時(shí)，會大大增加系統(tǒng)諧振的危害。諧波出現(xiàn)時(shí)，一般會隨之出現(xiàn)并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振等問題，導(dǎo)致電流增大幾倍，甚至幾十倍，進(jìn)而形成過電流，造成與電容器相連的電抗器等受損。此外，諧波還會導(dǎo)致電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確、設(shè)備老化、保護(hù)設(shè)備誤動作，并通過第一線感應(yīng)和傳導(dǎo)耦合等對相鄰的電子設(shè)備和通信系統(tǒng)造成干擾，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳輸，甚至破壞通信設(shè)備。

1.3 諧波的治理方法

研究發(fā)現(xiàn)，用戶端產(chǎn)生的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷、波動負(fù)荷等會對供電質(zhì)量造成影響或?qū)﹄娋W(wǎng)的運(yùn)行造成干擾?？赏ㄟ^裝設(shè)補(bǔ)償裝置和改造接入電網(wǎng)的設(shè)備解決上述問題，但設(shè)備改造的成本較高。

2 諧波存在時(shí)的電能計(jì)量方法

目前，電能計(jì)量的方法是在發(fā)電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換關(guān)口處安裝電能計(jì)量裝置。電力系統(tǒng)中的關(guān)口是指廠網(wǎng)之間、區(qū)域性電網(wǎng)之間電力設(shè)備資產(chǎn)與經(jīng)營管理范圍的分界處。在諧波進(jìn)入電力網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會對電網(wǎng)的運(yùn)行造成一系列的影響，進(jìn)而影響了電能計(jì)量的準(zhǔn)確度。

2.1 電能計(jì)量方法的分類

電壓電能計(jì)量的方法分為3種：①高供高計(jì)。該方式是指在高壓供電時(shí)安裝PT、CT計(jì)量裝置。②高供低計(jì)。該方法是指高壓供電時(shí)，在低壓側(cè)裝設(shè)CP計(jì)量裝置。③低供低計(jì)。該方法是指電能計(jì)量裝置設(shè)置點(diǎn)的電壓與用戶一致。

電能計(jì)量裝置是電能表、電流互感器、電壓互感器及二次導(dǎo)線、電能計(jì)量柜（箱）的總稱。

2.2 諧波存在時(shí)的電能計(jì)量問題

在電能計(jì)量的組合中常出現(xiàn)一些誤差。一般情況下，最常見的就是因電壓互感器出現(xiàn)二次回路而出現(xiàn)的問題。如果電壓的升降幅度過大，則會導(dǎo)致電能計(jì)量出現(xiàn)差錯(cuò)。對于一些設(shè)備而言，運(yùn)行與計(jì)量時(shí)無法分開的，一旦運(yùn)行中出現(xiàn)問題，則會導(dǎo)致電能計(jì)量出現(xiàn)差錯(cuò)。

3 計(jì)量的儀器

電能表是用來測量電能的儀器，又稱為電度表、火表、千瓦小時(shí)表。電能表一般分為有功電能表和無功電能表。有功電能表可將電能轉(zhuǎn)換成各種能量，比如，它可以通過電爐轉(zhuǎn)換成熱能、通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、通過電燈轉(zhuǎn)換成光能等，值得注意的是，在這些轉(zhuǎn)換中所消耗的電能為有功電能；無功電能表中的部分裝置在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí)需要轉(zhuǎn)換環(huán)境，比如電動機(jī)、變壓器等需要先建立一個(gè)磁場才能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，而建立磁場和電場所需的電能都是無功電能。

3.1 全電子式電能表

全電子計(jì)量方式出現(xiàn)誤差時(shí)，會對非線性用戶造成影響，進(jìn)而對我國電力的發(fā)展造成不利影響。全電子式的電能表的計(jì)量過程比較復(fù)雜，且需要技術(shù)人員操作，因此，其運(yùn)行成本較高。從而實(shí)際運(yùn)行的情況看，該電能表適合中大型工業(yè)企業(yè)應(yīng)用，且諧波對其造成的影響是較小的。

3.2 諧波電能計(jì)量的仿真實(shí)驗(yàn)

基于諧波對電能計(jì)量造成的影響進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)分析，研究了各種非線性負(fù)荷（計(jì)算機(jī)、調(diào)速電機(jī)、電爐、整流電源、電子設(shè)備等）的使用對電能計(jì)量造成的影響，找出了其中存在的問題。此外，根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行原理，進(jìn)行了一系列的模擬仿真實(shí)驗(yàn)，分析了電能計(jì)量中存在的誤差。根據(jù)分析結(jié)果可知，出現(xiàn)諧波時(shí)，電能表測量的結(jié)果會不準(zhǔn)確。只有進(jìn)一步改進(jìn)電能表，才能解決上述問題。

4 結(jié)束語

隨著我國社會的不斷發(fā)展和能源物質(zhì)的不斷豐富，人們的生活水平又上了一個(gè)層次。能源的開發(fā)利用導(dǎo)致自然環(huán)境遭受到了嚴(yán)重的破壞。因此，必須改進(jìn)電能的計(jì)量方法和合理地利用能源。此外，電能的精確計(jì)量也顯得尤為重要，改進(jìn)電能計(jì)量方法可獲得準(zhǔn)確度較高的電能計(jì)量結(jié)果，從而提高我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

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〔編輯：張思楠〕