電能計量誤差分析與電能計費問題的討論

李興剛國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學研究院

電能計量誤差分析與電能計費問題的討論

李興剛
國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學研究院

在電力市場化的背景下怎樣計算諧波電能，諧波電能損耗由誰擔負，與此部分損耗通過怎樣的計費指標，都是需要解決的問題。

電能計量；誤差分析；電能計費；討論

電能計費的合理性與電力企業(yè)及用戶的經(jīng)濟利益有著很大的關(guān)系。深化電能計量的正確性及收費的合理性，無論對電力企業(yè)亦或用戶都是十分重要的。電力系統(tǒng)及用戶間怎樣銷售并購買電能，電能怎樣計量及計費，不僅涉及經(jīng)濟問題，同時也存在技術(shù)問題。文章將以電能計量誤差分析與電能計費問題的討論作為切入點，在此基礎(chǔ)上予以深入的探究，相關(guān)內(nèi)容如下所述。

1.有功電能的誤差分析

全數(shù)字式電能表有功電能檢測框，為了達到采樣定理標準，在檢測路徑上，一般要用到前置低通濾波設(shè)備。前置低通濾波設(shè)備的截比頻率可依附于需求予以設(shè)定。前置濾波設(shè)備的使用不可避免的造成了測量誤差。其一，因為同頻率的電壓以及電流會產(chǎn)生有功電能，所以對高頻分量的濾除有可能去掉一部分有用信息。不過因為高頻分量的不確定性，此誤差是無法預測的。其二，前置濾波設(shè)備的使用在很大程度上會使差異化頻率的信號分量產(chǎn)生相移，改變了功率因數(shù)角，進而出現(xiàn)計量誤差。

依附于常規(guī)計算有功功率的方法，架設(shè)一個瞬時功率，則一段時間內(nèi)的平均有功功率即：

下述分析一下前置濾波設(shè)備對有功功率的測量產(chǎn)生的誤差。首先分析理想狀態(tài)下的情況。電壓電流的有效值均為1，阻性負載，擇取前置濾波設(shè)備為兩階巴特沃思模擬濾波設(shè)備，截至頻率為1000赫茲。

因為前置濾波設(shè)備有動態(tài)響應程序，會出現(xiàn)一定的相位延時，所以在積分時會出現(xiàn)一定的誤差，在開始的一個周期內(nèi)利用前置濾波設(shè)備算出的有功功率為2.93，相對誤差超過兩個百分點，誤差相當大。不除以時間，僅算積分，產(chǎn)生的絕對誤差為0.00140，利用前置濾波設(shè)備算出的有功功率為2.965，不除以時間的絕對誤差僅為0.0014，不過有功功率的相對誤差降低了近一半。通過上述我們可以看到0.0014是通過前置濾波設(shè)備所產(chǎn)生的延時所導致的，同時有功功率的相對誤差伴隨積分周期數(shù)的增加以2的指數(shù)遞減。所以五個周期求一次有功功率，相對誤差降低至0.14%，這可以很好的達到0.2級電能表的相關(guān)需要。若分析實時性，可以將相位延時誤差在參數(shù)處理模塊中予以補償。相關(guān)諧波都會出現(xiàn)差異化相移，處理舉措可與基波下的處理方法相統(tǒng)一。

再分析含有高次諧波的情況，電壓以及電流的頻率成分制衡，含有五十赫茲、兩千八百赫茲的基波有效值為1。兩千八百赫茲的諧波有效值為0.1，為方便計算取相位均相同。前置濾波設(shè)備為兩階巴特沃思模擬濾波設(shè)備，截至頻率為一千赫茲。擇取巴特沃思濾波設(shè)備作為前置濾波設(shè)備，假定電壓以及電流都含有諧波分量。

2.電能計量及計費問題分析

總的有功功率是基波有功與諧波有功的代數(shù)和，現(xiàn)階段對諧波有功怎樣收費并沒有統(tǒng)一的指標，進而導致了差異化廠家的電表間有功電能的計量有所不同。現(xiàn)階段供電系統(tǒng)擇取的計量設(shè)備是感應式電能表與電子式電能表。感應式電能表因為其工作原理與構(gòu)造決定了電壓以及電流只有在理想狀態(tài)下才具備優(yōu)異的性能，因為其電氣性能的非線性，在存在諧波的時候，其計量的電能量并非基波產(chǎn)生的有功，同時也不是基波及各次諧波獨立作用過程所出現(xiàn)的電能量的和，電子式電能表因為計算電能的形式存在多元化特性，所以種類較多，這里面很大一部分也是宏觀的算出一個總的有功，所以均無法很好的反映用戶的實際用電狀態(tài)。

相對合理的方法即把基波產(chǎn)生的有功電能與諧波產(chǎn)生的有功電能單獨計費，擇取差異化的收費指標，同時線性負荷用戶合非線性負荷用戶也要獨立計量。

針對線性負荷用戶，在電網(wǎng)受諧波污染的時候，被迫吸收諧波功率，依附于目前的計費指標，用戶要根據(jù)總有功功率所得到的總電能繳費，不過在實際應用過程，用戶要繳納的費用僅涵蓋基波所出現(xiàn)的有功電能，所以目前的收費指標是十分不合理的。同時線性負荷用戶是有利于電網(wǎng)的，他們不僅多繳納了電費，同時用電設(shè)施因為諧波的存在受到了一定的損害，所以他們要得到相應的賠償。

同時，伴隨電能質(zhì)量問題的逐漸凸顯，個別電力用戶擇取了相應的舉措予以諧波抑比及無功補償，在電網(wǎng)電壓存在畸變的狀態(tài)下確保電流為指標正弦波，這些用戶起到了“綠化”電網(wǎng)的作用，所以也要對他們予以適當?shù)莫剟?，以號召其他電力用戶向他們學習，關(guān)心電能質(zhì)量問題，完善電網(wǎng)。

要規(guī)避諧波電能的計量問題，我們一定要規(guī)避諧波源的探測等技術(shù)問題。針對沖擊性負荷，因為加大了線路的容量，同時導致電網(wǎng)電壓的波動，而且會造成電能計量儀表發(fā)生計量誤差，所以對這些負載要予以動態(tài)及穩(wěn)態(tài)檢測，進行基波功率與諧波功率的獨立計量，在此基礎(chǔ)上使用差異化的電價政策。

這些問題的規(guī)避不僅依賴于技術(shù)的進步，同時還要全社會構(gòu)建廣泛的共識，摸索出對電網(wǎng)與用戶都公平的收費標準。

3.總結(jié)

綜上所述，前置濾波設(shè)備的使用不可避免的造成了測量誤差。其一，因為同頻率的電壓以及電流會產(chǎn)生有功電能，所以對高頻分量的濾除有可能去掉一部分有用信息。不過因為高頻分量的不確定性，此誤差是無法預測的。其二，前置濾波設(shè)備的使用在很大程度上會使差異化頻率的信號分量產(chǎn)生相移，改變了功率因數(shù)角，進而出現(xiàn)計量誤差。現(xiàn)階段對諧波有功怎樣收費并沒有統(tǒng)一的指標，進而導致了差異化廠家的電表間有功電能的計量有所不同。現(xiàn)階段供電系統(tǒng)擇取的計量設(shè)備是感應式電能表與電子式電能表。感應式電能表因為其工作原理與構(gòu)造決定了電壓以及電流只有在理想狀態(tài)下才具備優(yōu)異的性能，因為其電氣性能的非線性，在存在諧波的時候，其計量的電能量并非基波產(chǎn)生的有功，同時也不是基波及各次諧波獨立作用過程所出現(xiàn)的電能量的和，電子式電能表因為計算電能的形式存在多元化特性。個別電力用戶擇取了相應的舉措予以諧波抑比及無功補償，在電網(wǎng)電壓存在畸變的狀態(tài)下確保電流為指標正弦波，這些用戶起到了“綠化”電網(wǎng)的作用，所以也要對他們予以適當?shù)莫剟?，以號召其他電力用戶向他們學習。

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