電網(wǎng)諧波對(duì)線性用戶電能計(jì)量的影響分析及改善措施

王品

摘要：電網(wǎng)中的諧波對(duì)電能的計(jì)量影響很大，線性負(fù)載用戶不但遭受諧波的危害，而且多交電費(fèi)。文章針對(duì)線性用戶在諧波環(huán)境下的電能計(jì)量問題，通過(guò)分析諧波對(duì)電能表計(jì)量的影響，指出在現(xiàn)行電能計(jì)量方式下電能計(jì)量中存在的不合理之處，并提出了改善線性用戶電能計(jì)量的措施。

關(guān)鍵詞：諧波；電能計(jì)量；線性負(fù)載；低通濾波

電能計(jì)量管理對(duì)于電力企業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的一項(xiàng)工作，其不但對(duì)于電力市場(chǎng)的交易結(jié)算有著一定的影響，同時(shí)，也對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益有著很大的影響。電能計(jì)量管理主要是為了確保電力計(jì)量量值是準(zhǔn)確的，屬于其主要目標(biāo)。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下，電能計(jì)量也越來(lái)越重要。在此背景下，只有重視電能計(jì)量工作的實(shí)施，采取標(biāo)準(zhǔn)化的管理方法，才可以有效防止電量損失。本文則基于此，提出了加強(qiáng)電能計(jì)量管理防止電量損失的相關(guān)建議，以期能提升電能計(jì)量管理的水平和效率。

1諧波對(duì)電能表電能計(jì)量的影響分析

線性用戶大多數(shù)是低壓小電量用戶，電能計(jì)量主要使用感應(yīng)式電能表和電子式電能表，這兩種表的電能計(jì)量原理完全不同，諧波對(duì)他們電能計(jì)量的影響機(jī)制也不同。在諧波的影響下，這兩種電能表都不能準(zhǔn)確的反映線性負(fù)載用戶所實(shí)際消耗的電能，電能計(jì)量結(jié)果往往大于實(shí)際消耗電能，造成了線性用戶的經(jīng)濟(jì)損失。

1.1諧波對(duì)感應(yīng)式電能表計(jì)量的影響

感應(yīng)式電能表是利用電磁感應(yīng)原理把電壓、電流、相位轉(zhuǎn)變?yōu)榇帕?，推?dòng)鋁制圓盤旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)計(jì)度器進(jìn)行時(shí)間量累計(jì)的工作過(guò)程。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

感應(yīng)式電能表由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，目前仍然廣泛使用。關(guān)于諧波影響下的感應(yīng)式電能表數(shù)學(xué)模型已較為完善[2]，這種表能否準(zhǔn)確計(jì)量電能，取決于其頻率響應(yīng)特性，由于感應(yīng)式電能表的出現(xiàn)時(shí)間較早，它的設(shè)計(jì)對(duì)諧波影響考慮較少，它的頻率響應(yīng)在工頻附近比較理想，但頻率響應(yīng)范圍很小。

研究了感應(yīng)式電能表的頻率特性，并給出了如圖2所示頻率特性曲線，圖中功率因數(shù)自左至右分別是為0.25（滯后）、0.5（滯后）、1（超前）、0.5（超前）、0.25（超前），研究表明感應(yīng)式電能表計(jì)量誤差隨著諧波頻率的增大而增大，功率因數(shù)不同，其計(jì)量誤差也不同。由于感應(yīng)式電能表的這種電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的測(cè)量方式，導(dǎo)致其工作頻率范圍很窄，僅在工頻附近且電壓、電流波形無(wú)畸變情況下才能準(zhǔn)確計(jì)量。當(dāng)受到諧波影響時(shí)，電網(wǎng)中電壓和電流波形會(huì)發(fā)生畸變，其測(cè)量結(jié)果將受到很大的影響。

1.2諧波對(duì)電子式電能表的影響

1.2.1電子式電能表計(jì)量原理

電子式電能表是通過(guò)對(duì)用戶供電電壓和電流實(shí)時(shí)采樣，經(jīng)電路處理后對(duì)采樣的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行向量相乘并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量[9]。圖3為電子式電能表電能計(jì)量結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)電子式電能表的工作原理可知，在時(shí)間t內(nèi)所計(jì)量的電能值，是通過(guò)采樣電壓、電流值計(jì)算瞬時(shí)功率值，以采樣周期為單位時(shí)間計(jì)算的平均電能。

1.2.2電子式電能表的頻率響應(yīng)

與感應(yīng)式電能表相同，電子式電能表的頻率響應(yīng)特性是影響計(jì)量的重要因素。圖4為電子式電能表的頻率響應(yīng)曲線[10]，其頻率特性較為平坦，基本上能夠準(zhǔn)確的計(jì)量諧波功率。大量的文獻(xiàn)表明，當(dāng)電網(wǎng)中含有諧波時(shí)，會(huì)影響電子式電能表計(jì)量結(jié)果，但基本上在允許范圍之內(nèi)。

但應(yīng)當(dāng)指出的是，電子式電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性，還受到電流、電壓采樣電路的影響，尤其是互感器，電能表的計(jì)量值是以互感器的的測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù)的，因此互感器的測(cè)量準(zhǔn)確度直接影響計(jì)量結(jié)果。由于互感器都有頻率響應(yīng)范圍[11]，當(dāng)存在諧波時(shí)，互感器對(duì)各次諧波的轉(zhuǎn)換后的結(jié)果誤差各不相同，使得測(cè)量誤差增大。所以電子式電能表中應(yīng)該盡量采用精度較高、頻率響應(yīng)特性較好的電流（或電壓）互感器。

2諧波對(duì)線性用戶電能計(jì)量影響的改善措施

2.1基波電能計(jì)量方式

對(duì)于線性負(fù)載用戶來(lái)說(shuō)，采用基波電能計(jì)量方式，從易實(shí)現(xiàn)性來(lái)說(shuō)是比較合理的。但通過(guò)前面的分析，感應(yīng)式電能表在計(jì)量基波電能的基礎(chǔ)上會(huì)多計(jì)入部分諧波電能；而電子式電能表計(jì)量基波電能和全部諧波電能，這都對(duì)線性負(fù)載用戶來(lái)說(shuō)是不準(zhǔn)確的。

2.2考慮諧波流向帶加權(quán)系數(shù)的電能計(jì)量方式

這里提出一種考慮諧波流向帶加權(quán)系數(shù)的電能計(jì)量方式，電能計(jì)量如下：W=W1-Cfh∑Wfh+Crh∑Wrh（3）式中，W1為基波電能；Wfh為正向諧波電能（負(fù)載吸收諧波電能）；Wrh為反向諧波電能（負(fù)載發(fā)出諧波電能）；Cfh、Crh為正、反向諧波電能加權(quán)系數(shù)，且01。這種電能計(jì)量方式，對(duì)線性用戶的電能計(jì)量是準(zhǔn)確合理的，吸收諧波功率后，得到了一定的補(bǔ)償。

3結(jié)語(yǔ)

隨著電網(wǎng)運(yùn)行中大量非線性負(fù)載的大量增加，直接影響了電能表的電能計(jì)量?，F(xiàn)有感應(yīng)式電能表和電子式電能表都不能滿足合理、準(zhǔn)確反映負(fù)載用戶的電能消耗，這對(duì)電能計(jì)量?jī)x表的計(jì)量方式、互感器采樣電路、計(jì)量芯片等提出了新要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]寧志毫，羅隆福，李勇，等.大功率整流系統(tǒng)諧波功率特性及其對(duì)電能計(jì)量的影響和節(jié)能分析[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，27（11）：248-255.

[2]戚良娣，郭嘉琳，陳根永.感應(yīng)型電能表在畸變波形下的數(shù)學(xué)模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1993，13（15）：65-72.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鐵嶺供電公司）