電力系統(tǒng)諧波對(duì)電能計(jì)量裝置的影響分析

楊璐 張菲玥 姚晨

【摘要】在電力系統(tǒng)中，諧波是影響電力計(jì)量準(zhǔn)確性的一個(gè)重要因素。本文對(duì)電力諧波對(duì)電力計(jì)量的影響進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上提出了應(yīng)對(duì)策略，希望對(duì)電力計(jì)量工作能夠有所借鑒。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)諧波；電能計(jì)量裝置；影響

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。整流、逆變、變頻等設(shè)備已發(fā)生變化，并擴(kuò)大了電能的應(yīng)用。但電力系統(tǒng)也造成電力系統(tǒng)諧波污染日益嚴(yán)重，直接影響電力。力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，電力用戶(hù)對(duì)供電質(zhì)量和可靠性的需求將會(huì)增加，電力質(zhì)量問(wèn)題將會(huì)更加突出。

一、當(dāng)前電能計(jì)量過(guò)程中存在的問(wèn)題

在我國(guó)目前的電力計(jì)量工作中，全能計(jì)量方法得到了廣泛的應(yīng)用。這是一種計(jì)算基本波功率和諧波功率代數(shù)的方法。但是，在使用這種方法測(cè)量電能時(shí)存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即當(dāng)負(fù)載為線(xiàn)性且電源為非正弦時(shí)，該方法得到的結(jié)果往往存在一定的誤差，這可能會(huì)使電力用戶(hù)付出比實(shí)際用電量更高的代價(jià)。此外，當(dāng)負(fù)載為非線(xiàn)性時(shí)，負(fù)載也會(huì)產(chǎn)生諧波，這部分諧波功率可能會(huì)落入電力系統(tǒng)中，因?yàn)榇藭r(shí)需要計(jì)算基波能量和諧波能量的減法，因此影響總能量測(cè)量應(yīng)用時(shí)，功率計(jì)量的準(zhǔn)確性?？傊?，無(wú)論負(fù)載是線(xiàn)性的還是非線(xiàn)性的，電力系統(tǒng)中的諧波都會(huì)對(duì)電力測(cè)量的精度產(chǎn)生負(fù)面影響，必須采取一些技術(shù)措施來(lái)降低這種影響。

二、諧波對(duì)于電力計(jì)量影響的分析

（一）諧波對(duì)感應(yīng)式電能表的影響

諧波會(huì)使電網(wǎng)的電壓和電流形成波形畸變，并且會(huì)出現(xiàn)高頻分量。波形畸變和頻率的變化會(huì)影響感應(yīng)電能表的工作。感應(yīng)電能表的最佳頻率為電網(wǎng)額定頻率即工頻50Hz，電壓和電流的波形必須為正弦。如果電壓和電流發(fā)生畸變，就會(huì)影響電能表的精度。當(dāng)基波電流和電壓基本保持不變，電壓和電流含有諧波分量，這將改變電壓線(xiàn)圈的阻抗和轉(zhuǎn)盤(pán)的阻抗，并影響工作電壓和電流的磁通，然后影響電能儀表的測(cè)量精度。感應(yīng)式電能表的芯體具有非線(xiàn)性特性。電壓和電流波形的畸變會(huì)使核心飽和，磁通量不能線(xiàn)性變化。有效功率由相同頻率的電壓和電流產(chǎn)生，而且同頻率的電壓、電流的磁通才能產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩。

（二）諧波對(duì)電子式電能表的影響

電子式電能表在測(cè)量不同的信號(hào)時(shí)響應(yīng)不同，測(cè)量誤差也不同。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)測(cè)量信號(hào)的電壓、電流分量發(fā)生測(cè)量誤差時(shí)，電能表就會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差，而且誤差的大小與畸變程度呈正比。當(dāng)被測(cè)信號(hào)中電壓和電流發(fā)生畸變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諧波功率，對(duì)電能表測(cè)量的電能影響不大，誤差小，可以忽略不計(jì)。

（三）電網(wǎng)中的諧波對(duì)互感器的影響。

通過(guò)分析電能與電流幅值、諧波電壓幅值和相位差之間的關(guān)系，可以得出以下兩個(gè)結(jié)論：一是如果在電力系統(tǒng)中安裝電磁變壓器，變壓器的諧波頻率小于2kHz，電壓互感器的側(cè)電壓就會(huì)變小，相位會(huì)滯后。如果感應(yīng)變壓器安裝在電力系統(tǒng)中，一旦系統(tǒng)中的諧波頻率為大于25倍，就可以實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量。失去正常測(cè)量功能，甚至完全不測(cè)量。二是如果電力系統(tǒng)裝有電子變壓器，則諧波對(duì)電能計(jì)量結(jié)果的影響可以通過(guò)電能表的工作反映出來(lái)。如果電力系統(tǒng)裝有電容式變壓器，則最后的二次側(cè)諧波電壓大于或等于諧波電壓的三倍，就構(gòu)成最后的功率表。數(shù)量結(jié)果有很大的誤差。

三、減少諧波對(duì)電力計(jì)量影響的策略探討

（一）科學(xué)確立電能計(jì)量方案。

對(duì)于諧波源用戶(hù)來(lái)說(shuō)，可以在遠(yuǎn)離諧波源的位置設(shè)置計(jì)量點(diǎn)；而對(duì)于產(chǎn)生諧波較重的電廠(chǎng)或用戶(hù)，應(yīng)該盡量選擇那些諧波含量較小的線(xiàn)路作為計(jì)量點(diǎn)。此外，還需要選擇具有高準(zhǔn)確度、高可靠性和一定程度的抑制諧波效應(yīng)的電能表。

（二）加大諧波監(jiān)測(cè)和治理力度。

既然諧波會(huì)對(duì)電力計(jì)量造成不利影響，那么降低這種影響的一個(gè)首要方法就是加強(qiáng)對(duì)諧波的監(jiān)測(cè)和治理，從而從源頭就對(duì)這種影響加以控制。具體而言，對(duì)有諧波源接入的裝置應(yīng)該加裝諧波監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)諧波產(chǎn)生的實(shí)時(shí)分析和監(jiān)測(cè)，為后續(xù)的諧波控制提供依據(jù)。此外，通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)劃，可以盡可能地消除諧波的影響。例如，如果電網(wǎng)的諧波含量超過(guò)了，就可以進(jìn)行檢票，并在電力系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)中采取諧波抑制措施。

（三）加強(qiáng)電力計(jì)量的系統(tǒng)管理

隨著國(guó)家對(duì)電力計(jì)量工作的重視，在計(jì)量裝置和相應(yīng)的監(jiān)督運(yùn)行制度的管理中，應(yīng)按照相應(yīng)的規(guī)章制度，加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的有效管理，在一定程度上減少不一致的頻度。在每個(gè)家庭安裝電能表，可以提高功率計(jì)量的準(zhǔn)確性，有效防止盜竊電的發(fā)生。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電能計(jì)量數(shù)據(jù)的精確也直接影響到發(fā)、供、用三方的經(jīng)濟(jì)利益及交易的公平性隨著電力電子裝置的不斷推廣應(yīng)用，電力系統(tǒng)中的諧波污染問(wèn)題將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，如何有效進(jìn)行諧波治理，提高電能計(jì)量裝置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性具有重大意義。

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