電力計(jì)量中諧波的影響及防范

舒世鈺+陳星

【摘 要】 電能計(jì)量的精準(zhǔn)性直接關(guān)系著電力企業(yè)工作效率及綜合效率的提高，但受諧波的影響，電能的采集及計(jì)量結(jié)果與真實(shí)數(shù)據(jù)會(huì)存在一定的偏差，因此，探究諧波對電能計(jì)量的影響以及針對影響進(jìn)行有效性的防范對電力企業(yè)而言具有重要的意義。文章在簡要概述諧波對電力計(jì)量產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上，分析了電力計(jì)量過程中諧波防范的必要性，并提出了具體的防范措施，具有一定的實(shí)踐參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 電力計(jì)量 諧波 電能表

電力計(jì)量的精準(zhǔn)度與科學(xué)性直接影響著電能發(fā)、供、用三方的經(jīng)濟(jì)效益及交易公平性，如何提高電力計(jì)量精準(zhǔn)度是一個(gè)值得深入研究的課題。電力計(jì)量裝置主要有互感器、電能表、二次回路等組成，其中電能表的精準(zhǔn)度直接決定著電能數(shù)據(jù)綜合誤差的大小。因此，對電能表計(jì)量精準(zhǔn)程度的研究是電力計(jì)量研究的主要切入點(diǎn)。目前普通應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電能表主要有感應(yīng)式計(jì)量表和電子式電能表兩種，筆者主要基于諧波對電能表計(jì)量的影響，提出電力計(jì)量諧波防范的必要性及具體的策略。

1 諧波對電力計(jì)量的影響

諧波對電力計(jì)量的影響主要表現(xiàn)于對電能表計(jì)量的影響，諧波影響下的基波電能與諧波電能的大小將影響電能表的準(zhǔn)確性。

1.1 諧波對感應(yīng)式電能表的影響

感應(yīng)式電能表的最佳工作頻率為電網(wǎng)額定頻率，而且電壓、電流的波形必須為正弦波形，如果電壓、電流出現(xiàn)波形畸變，就會(huì)影響電能表的精確度。在基波電流與基波電壓保持不變的情況下，電壓與電流中含有諧波分量，會(huì)使電能表電壓線圈的阻抗以及轉(zhuǎn)盤阻抗發(fā)生變化，影響電壓、電流的工作磁通，進(jìn)而影響到電能表的測量精度。在感應(yīng)式電能表中含有鐵心，具有非線性的特性，電壓、電流波形的畸變會(huì)使鐵心出現(xiàn)飽和，磁通不能呈現(xiàn)線性變化。由于同頻率的電壓、電流才能產(chǎn)生有效的功率，而且同頻率的電壓、電流的磁通才能產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩，在波形畸變的影響下，功率與轉(zhuǎn)矩不成比例產(chǎn)生誤差。

1.2 諧波對電子式電能表的影響

電子式電能表在測量不同的信號時(shí)有不同的響應(yīng)，測量的誤差也不同。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)測量信號的電壓、電流分量中，其中一個(gè)信號含有諧波出現(xiàn)畸變時(shí)，電子式電能表會(huì)出現(xiàn)測量誤差，而且誤差的大小與畸變程度呈正比。但從整體表現(xiàn)效果來看，目前使用的電子式電能表比較于感應(yīng)式而言誤差還是要小很多，因此，為了保證電力計(jì)量的準(zhǔn)確，應(yīng)優(yōu)先選用電子式電能表。

2 電力計(jì)量諧波防范的具體措施

電力的精準(zhǔn)測算不僅關(guān)系著供電方及用戶的實(shí)際利益，還涉及了多個(gè)電力技術(shù)指標(biāo)，直接影響著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此，需要采取各項(xiàng)措施對電力計(jì)量過程中的諧波加以防范和治理。

2.1 預(yù)防性措施

為了避免諧波對電力計(jì)量產(chǎn)生影響，首先應(yīng)減少注入電網(wǎng)的諧波，采取預(yù)防性措施避免諧波源產(chǎn)生諧波，針對非線性負(fù)載，改變其工作方式，減少諧波的注入。（1）在發(fā)電機(jī)、變壓器以及電容器等供電設(shè)備的設(shè)計(jì)及制造過程中，通過一些措施減少諧波。例如，變壓器繞組的巧妙連接可消除3次及其整數(shù)倍的諧波。（2）通過整流器脈動(dòng)數(shù)的增加或可控硅的應(yīng)用限制諧波源。諧波含量與脈動(dòng)次數(shù)有關(guān)，當(dāng)脈動(dòng)數(shù)增加時(shí)，諧波含量與諧波次數(shù)成反比，次數(shù)較低、幅度較高的諧波消除后，電能質(zhì)量提高。（3）使用全控型元器件，利用PWM技術(shù)減少整流器在變流過程中的諧波。

預(yù)防性措施可以從源頭避免諧波對電力計(jì)量的影響，但此方法更適用于電子式電能計(jì)量裝置，相應(yīng)增加了一定的應(yīng)用成本，經(jīng)濟(jì)性較為欠缺。

2.2 補(bǔ)償性措施

如上文所述，預(yù)防性措施在一定程度上會(huì)增加電力計(jì)量過程中諧波預(yù)防和治理的成本，適用條件會(huì)受到限制，因此，還需采用補(bǔ)償性的被動(dòng)式預(yù)防措施，主要途徑是通過諧波源處就近安裝濾波器來減少諧波。從理論上來看，濾波器調(diào)諧到某頻率時(shí)，該濾波器的阻抗為0，所以將該次諧波全部吸收，但在實(shí)踐過程中根據(jù)條件及濾波裝置的不同，諧波消除效果會(huì)有所區(qū)別。濾波裝置主要分為無源濾波裝置、有源濾波裝置以及混合型濾波裝置，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行選擇。無源濾波器結(jié)構(gòu)較為簡單，成本也較低，對于部分次數(shù)的諧波吸收效果良好。不過無源濾波器對于偏離調(diào)諧點(diǎn)的諧波吸收效果不佳，并且在諧波電流過大時(shí)無源濾波器可能過載導(dǎo)致設(shè)備損害。另外，若電力系統(tǒng)阻抗和頻率變化，可能導(dǎo)致產(chǎn)生諧振。因此，隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，濾波器也在進(jìn)步，在無源濾波器不能滿足電能質(zhì)量要求時(shí)，目前多采用有源電力濾波器來預(yù)防諧波。與無源濾波器被動(dòng)抑制諧波有所區(qū)別，有源濾波器主要采用主動(dòng)輸出補(bǔ)償電流來抑制諧波，這使得有源濾波器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如使用靈活，能夠?qū)Ω鞔沃C波包括指定次數(shù)的諧波進(jìn)行補(bǔ)償；補(bǔ)償速度快，對于幅值以及頻率都在變化的諧波也能夠補(bǔ)償，并且補(bǔ)償效果與電網(wǎng)的阻抗、頻率無關(guān)；在電網(wǎng)諧波較大時(shí)，依然能夠工作在額定容量內(nèi)。

2.3 管理性措施

對于電力計(jì)量過程中，除了采用以上預(yù)防性及補(bǔ)償性的技術(shù)措施，還需要加強(qiáng)諧波預(yù)防及治理的管理。

（1）充分認(rèn)識(shí)諧波對電力計(jì)量的影響，建立健全諧波管理體系，組織專業(yè)管理隊(duì)伍進(jìn)行諧波的預(yù)防與治理。

（2）加強(qiáng)電力計(jì)量過程中諧波預(yù)防相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)規(guī)范的宣貫工作，要充分認(rèn)識(shí)到諧波的預(yù)防與治理不只是供電企業(yè)的責(zé)任，而是電力企業(yè)和用戶的共同責(zé)任，減少電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量對雙方都有較大的潛在利益，是一項(xiàng)互惠互利、節(jié)能增效，保證電網(wǎng)和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的舉措。

（3）對所轄電網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，正確測量，以確定諧波源位置和產(chǎn)生的原因，為諧波治理準(zhǔn)備充分的原始資料。對于產(chǎn)生諧波較大的地方，可設(shè)置長期觀察點(diǎn)，收集可靠的數(shù)據(jù)，評估電力用戶的用電設(shè)備是否產(chǎn)生了超標(biāo)的諧波污染。

（4）嚴(yán)格新建、擴(kuò)建、改建的報(bào)裝審批手續(xù)，對新上用戶設(shè)備的負(fù)荷特性進(jìn)行嚴(yán)格審查，非線性負(fù)荷用電設(shè)備接入電網(wǎng)前要進(jìn)行電能質(zhì)量評估，試運(yùn)行期間要進(jìn)行電能質(zhì)量實(shí)測，如實(shí)測超標(biāo)，則不允許其并網(wǎng)運(yùn)行。

（5）已投產(chǎn)用戶遺留的諧波污染問題，按照“誰污染、誰治理”的原則進(jìn)行處理，在大容量非線性用戶入網(wǎng)側(cè)加裝諧波監(jiān)測裝置，對不履行供用電協(xié)議的用戶可停止供電，對電網(wǎng)及其他用戶造成電能質(zhì)量不合格的諧波源由用戶負(fù)責(zé)賠償。

3 結(jié)語

從文章的分析可以看出，諧波對電力計(jì)量中的影響是非常明顯的，然而諧波的預(yù)防及治理又是一個(gè)系統(tǒng)性、綜合性的過程，需要根據(jù)實(shí)際情況基于技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、可行性及有效性考慮，選擇合適的諧波預(yù)防及治理方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳培錦.淺析諧波對電能質(zhì)量的危害及其治理措施[J].機(jī)電信息，2015，（24）.