電力諧波對(duì)電能表電能計(jì)量的影響研究

史雪琪

國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院

電力諧波對(duì)電能表電能計(jì)量的影響研究

史雪琪

國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院

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)。

電能計(jì)量；諧波；影響

在電力電網(wǎng)中，非線性負(fù)載的增加會(huì)引發(fā)電力諧波問題，進(jìn)而加速絕緣老化，引發(fā)附加線損，降低設(shè)備的工作效率，產(chǎn)生的危害不容忽視。不僅如此，電力諧波的存在，還會(huì)影響電能計(jì)量工作，損害電力企業(yè)和電力用戶的利益。在這種情況下，做好電力諧波的治理工作，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，是非常必要的。

1 諧波的來源

在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單，諧波源一般只有變壓器，而且諧波電流極小，基本上不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。而伴隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，電力電子設(shè)備取代變壓器成為了主要的諧波源，在其運(yùn)行過程中，通常都會(huì)利用二極管，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，或者利用橋式整流器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，而在電子開關(guān)、工業(yè)整流設(shè)備中，存在著一些容量較大的濾波電容器，會(huì)導(dǎo)致二極管導(dǎo)通角變小，必須在交流電壓正弦波最大值附近才可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，使得交流輸入的電流波出現(xiàn)了嚴(yán)重畸形的情況，三次諧波甚至?xí)诨ㄉ闲纬烧夥迕}沖，降低線路的功率因數(shù)。在現(xiàn)代電網(wǎng)中，變壓器、電抗器、整流器等都是諧波的主要來源。

2 諧波對(duì)于電能計(jì)量的影響

2.1 對(duì)電能表電能計(jì)量準(zhǔn)確性的影響

在電子式電能表實(shí)際應(yīng)用中，電網(wǎng)的電流和電壓都必須進(jìn)行測(cè)量，通過互感器將電壓和電流轉(zhuǎn)化為弱信號(hào)流入電子式電能表，因此互感器的運(yùn)行狀態(tài)和準(zhǔn)確度對(duì)于電子式電能表電能計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也有著直接的影響，若互感器具有非線性特性，其在通過畸變信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生的各次電力諧波成分轉(zhuǎn)換比例不同，導(dǎo)致電能表電能計(jì)量數(shù)據(jù)發(fā)生較大形變，造成較大誤差。

感應(yīng)式電能表。電能表運(yùn)行過程中的特定頻率是探究電能表電能計(jì)量數(shù)據(jù)發(fā)生波形畸變的重要依據(jù)，通過查看電能表頻率響應(yīng)曲線是否均勻、平坦，分析電力諧波對(duì)于電能表電能計(jì)量數(shù)據(jù)誤差的影響，在電流電壓為正弦波、頻率范圍較窄、距離工頻較近等條件下，感應(yīng)式電能表可保持穩(wěn)定、正常的運(yùn)行，處于最佳的工作狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)行系統(tǒng)的電流和電壓波形不符合正弦波變化特點(diǎn)時(shí)，感應(yīng)式電能表的電能計(jì)量準(zhǔn)確性會(huì)明顯下降，電流電壓的諧波越大，誤差也越大，不能正確進(jìn)行電能表電能計(jì)量。

2.2 對(duì)計(jì)量方式的影響

首先，在非正弦供電的線性荷載中，采用全能量計(jì)量的方式，得到的數(shù)值同時(shí)包含了基波電能以及部分諧波電能，導(dǎo)致了用戶用電量的增加；其次，在電網(wǎng)中，非線性負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的諧波功率，其中的一部分會(huì)輸入到電網(wǎng)中，在這種情況下，電能計(jì)量得到的數(shù)值實(shí)際上是用戶的用電量減去輸入到電網(wǎng)中的諧波功率，較實(shí)際偏小，損害了電力企業(yè)的利益；然后，當(dāng)負(fù)載非線性，電源畸變時(shí)，負(fù)荷不僅會(huì)吸收基波與諧波，還會(huì)使得諧波倒流回電網(wǎng)，使得電能計(jì)量變得更加復(fù)雜。

3 應(yīng)對(duì)諧波影響的有效措施

3.1 全能量電能計(jì)量法

電力系統(tǒng)中電能表電能計(jì)量數(shù)量是有功功率，采用全能量電能計(jì)量法，配合電子式電能表，可極大地降低電子式電能表的電能計(jì)量誤差。但是需要注意的是電子式電能表同時(shí)計(jì)量電力用戶終端的電流諧波有功電能，使得非線性電力用戶的電能計(jì)量數(shù)據(jù)減少，因此這種全能量電能計(jì)量法只適用于影響力小、電力諧波小的電力系統(tǒng)。

3.2 帶加權(quán)系數(shù)計(jì)量法

帶加權(quán)系數(shù)計(jì)量法是一種基于基波電能計(jì)量的方法，結(jié)合帶加權(quán)數(shù)據(jù)進(jìn)行電能計(jì)量。當(dāng)前，帶加權(quán)系數(shù)計(jì)量法還處于研究階段，而采用這種方法可得出更加真實(shí)準(zhǔn)確的電能數(shù)據(jù)，可全面反映出諧波電能和基波電能，因此帶加權(quán)系數(shù)計(jì)量法適用于電力諧波分布廣泛或者包含大中型電力用戶的電力系統(tǒng)。隨著我國現(xiàn)代化信息技術(shù)的快速發(fā)展，相信帶加權(quán)系統(tǒng)計(jì)量法的應(yīng)用范圍將越來越廣泛。

3.3 選擇合適的電能表

在電能表電能計(jì)量中，對(duì)于電力系統(tǒng)中的同一個(gè)計(jì)量點(diǎn)，如果電力諧波超過我國電網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可采用準(zhǔn)確級(jí)相同的電磁感應(yīng)式電能表或者全電子式電能表，也可采用多功能電能表，準(zhǔn)確計(jì)量諧波分量。當(dāng)大功率變流設(shè)備向電力系統(tǒng)注入大量電力諧波時(shí)，感應(yīng)式電能表可準(zhǔn)確記錄基波消耗的有功電能；當(dāng)電力系統(tǒng)自身產(chǎn)生大量電力諧波時(shí)，可應(yīng)用全電子式電能表，準(zhǔn)確、真實(shí)地進(jìn)行電能計(jì)量。

3.4 加強(qiáng)相關(guān)的管理

一是強(qiáng)化系統(tǒng)準(zhǔn)入管理，如果非線性負(fù)荷進(jìn)入電網(wǎng)中，必須重點(diǎn)關(guān)注，嚴(yán)格對(duì)待，落實(shí)諧波的低含量，確保其不會(huì)超出國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍；二是構(gòu)建完善的諧波管理體系和諧波管理隊(duì)伍，重視宣傳工作，使得電力企業(yè)和電力用戶都能夠參與到諧波的治理中，對(duì)諧波源進(jìn)行有效控制，減少電網(wǎng)污染；三是應(yīng)該做好電網(wǎng)分析和測(cè)量，對(duì)諧波源的位置和產(chǎn)生原因進(jìn)行明確，為諧波的治理奠定良好的基礎(chǔ)。對(duì)于嚴(yán)重的諧波源，需要做好跟蹤管理，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，如果發(fā)現(xiàn)用戶設(shè)備產(chǎn)生的諧波超出了相關(guān)規(guī)范的允許值，則應(yīng)該要求用戶進(jìn)行整改。

總而言之，在電力系統(tǒng)中，諧波是客觀存在的，并不能完全消除，其不僅會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的污染，而且會(huì)影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，損害電力企業(yè)和電力用戶雙方的利益。對(duì)此，電力技術(shù)人員必須強(qiáng)化認(rèn)識(shí)，分析電力系統(tǒng)的諧波源，了解諧波產(chǎn)生的原因及其對(duì)于電能計(jì)量的影響原理，采取切實(shí)可行的技術(shù)措施和管理措施，做好諧波的治理工作，提升電能質(zhì)量，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

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