電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的提高方法

張毅

摘要：電能是國民經(jīng)濟(jì)與人民生活的主要能源，電能計(jì)量涉及發(fā)電、供電與用電三方的經(jīng)濟(jì)利益。在市場經(jīng)濟(jì)條件下，提高電能計(jì)量的正確性尤為重要。文章分析了電力系統(tǒng)電能計(jì)量的重要性，介紹了相關(guān)電力系統(tǒng)中電能計(jì)量方法，并重點(diǎn)對諧波電能計(jì)量算法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);電能計(jì)量

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，社會用電需求量持續(xù)增加。這從而也導(dǎo)致了發(fā)電、供電及用電各方之間的電能交易量急速上升。電能作為一種商品，在其交易過程中，計(jì)量的準(zhǔn)確與否不僅關(guān)系著各項(xiàng)電力經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算以及營業(yè)計(jì)費(fèi)的準(zhǔn)確性、公正性，而且直接涉及到發(fā)、供、用電各方的利益關(guān)系。在電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、供過程中，電能計(jì)量，尤其是高電壓大容量的電力系統(tǒng)的電能計(jì)量是非常重要的一環(huán)。因?yàn)樗粌H緊緊系著電力生產(chǎn)部門的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和直接經(jīng)濟(jì)效益，而且還直接、間接地聯(lián)系著整個國計(jì)民生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此，一整套綜合性的準(zhǔn)確電能計(jì)量是電力系統(tǒng)中電測計(jì)量的重要組成部分并歷來為人們所注目。但是，全方位地考慮電能計(jì)量的綜合效益的文章卻很少見到。筆者想就這一點(diǎn)在文中敘述自己的看法，以供參考。

一、電力系統(tǒng)電能計(jì)量的重要性

電能是國民經(jīng)濟(jì)和人民生活極為重要的能源，電氣化程度和管理現(xiàn)代化水平是衡量一個國家發(fā)達(dá)與否的重要標(biāo)志。電力生產(chǎn)的特點(diǎn)是發(fā)電廠發(fā)電、供電部門供電、用戶用電這三個部門連成一個系統(tǒng)，不間斷地同時完成。發(fā)、供、用電三方如何銷售與購買電能、如何進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算，涉及許多技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題。營業(yè)性計(jì)費(fèi)的公正合理，涉及電業(yè)部門與用戶的經(jīng)濟(jì)利益。提高電能計(jì)量的正確性，對發(fā)、供、用電三方都是十分需要的。

隨著我國電力系統(tǒng)的改革，對電能計(jì)量工作提出了更高的要求，特別是從傳統(tǒng)的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變，電能測量技術(shù)更為重要，需要重視它的完整性和準(zhǔn)確性。電能計(jì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)發(fā)電量、線損、煤耗、廠用電、供電量、用電量等各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電波動十分劇烈，峰谷差愈來愈大，計(jì)量系統(tǒng)在大幅度的工況變化中工作，使其計(jì)量誤差增大，已成為電能計(jì)量不可忽視的問題。利用經(jīng)濟(jì)杠桿，實(shí)施分時計(jì)度并分時計(jì)價的電能計(jì)量方式，在一定程度上可以起到調(diào)控負(fù)荷、“削峰填谷”的作用，有利于電力系統(tǒng)的運(yùn)行和發(fā)、輸、配、用電設(shè)備的充分利用。

二、電力系統(tǒng)中電能計(jì)量方法

現(xiàn)行的電能計(jì)量方案是在發(fā)電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換關(guān)口處安裝電能計(jì)量裝置。電力系統(tǒng)中關(guān)口是指廠網(wǎng)之間、區(qū)域性電網(wǎng)之間電力設(shè)備資產(chǎn)和經(jīng)營管理范圍的分界處。關(guān)口電能計(jì)量裝置是衡量關(guān)口分界處電能量的流向及其大小的裝置，它記錄的電能量作為技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、核算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是保證電力市場能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

（一）確定電力系統(tǒng)關(guān)口的原則

目前，為考核地區(qū)線損率、網(wǎng)損率、上網(wǎng)電量、過網(wǎng)電量、購網(wǎng)電量、地區(qū)負(fù)荷及地區(qū)負(fù)荷率等指標(biāo)，定義了產(chǎn)權(quán)關(guān)口、結(jié)算關(guān)口、協(xié)議關(guān)口、調(diào)度關(guān)口、線損關(guān)口和負(fù)荷關(guān)口等多種關(guān)口。這些關(guān)口的劃分方法不一致，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，亦無審核機(jī)構(gòu)。在管理上又各自為政，不能適應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)展。為了實(shí)施電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營，以經(jīng)濟(jì)核算替代指標(biāo)考核，以表位法替代余量法管理線損，應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，明確電量關(guān)口，劃清網(wǎng)級電力市場的界面，規(guī)范管理。

規(guī)范電力系統(tǒng)關(guān)口的首要原則是：第一，以產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)為界限，建立網(wǎng)級電力市場界面，以達(dá)到統(tǒng)計(jì)電量、結(jié)算電費(fèi)的目的，為商業(yè)化運(yùn)營奠定基礎(chǔ);第二，以電量關(guān)口為基礎(chǔ)，規(guī)范管理線損，消除“吃網(wǎng)損”的現(xiàn)象，公平分配網(wǎng)級電力市場公司的利益;第三，以適合于商業(yè)化運(yùn)營的、規(guī)范化的經(jīng)濟(jì)方式核算。

（二）諧波電能計(jì)量算法

為了區(qū)分諧波和暫態(tài)現(xiàn)象，根據(jù)傅立葉級數(shù)的基本理論，被變換的波形必須是周期性的和不變的。但是由于電力系統(tǒng)負(fù)荷是變動的，負(fù)荷的變動會影響系統(tǒng)中的諧波含量。在實(shí)際的分析中只要被分析的現(xiàn)象或情況持續(xù)適當(dāng)?shù)臅r間或周期，就可應(yīng)用傅立葉級數(shù)變換。目前在計(jì)算電壓畸變頻率時，采用諧波電壓（或電流）的平均有效值或平均總畸變率，其時間區(qū)段△t取3s，即取3s中的測量或計(jì)算的平均有效值或平均值。諧波電能計(jì)量算法可以分離供電網(wǎng)絡(luò)和用戶各自產(chǎn)生的諧波，同時分別計(jì)量各自產(chǎn)生的電能，以便對諧波釋放量超標(biāo)者進(jìn)行正確處罰，從而彌補(bǔ)了目前電子式和感應(yīng)式電能表計(jì)量方法的缺陷，也是對目前已有的諧波電能讓表計(jì)量方法的改進(jìn)。

（三）傳統(tǒng)手工型用戶電能計(jì)量方法

這是最為古老的方式，采用的是“一家一表”模式，到一定時期由電力工作人員挨門挨戶收取電費(fèi)。這種方法的缺點(diǎn)是顯而易見的，不但勞動強(qiáng)度大，而且不能對用電戶進(jìn)行統(tǒng)一管理。但是這種方法在我國的廣大農(nóng)村還在廣泛使用。

三、電力系統(tǒng)的電能計(jì)量關(guān)口點(diǎn)與電能計(jì)最系統(tǒng)

電力的生產(chǎn)、輸送和利用以單源單線為例，框圖如圖1。圖中，PT為電壓互感器，CT為電流互感器由圖1可見，整個能源系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)及其效率、計(jì)量情況如下。

從初級能源轉(zhuǎn)換成電能時，有一個重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一初級能耗比，如以煤發(fā)電時熟稱煤耗一g水w·h。對發(fā)電廠來說，它直接關(guān)系著發(fā)電成本，同時也考核了能源轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)際技術(shù)性能，為其改進(jìn)和提高性能提供了參考資料。

電力用戶和發(fā)電廠之間總是有一定的距離的，通過變電、輸電和配電送到用戶，這時電能將有一定的消耗，統(tǒng)稱做損耗，它由變壓器（如圖1中的升壓器T.、降壓器TZ）的鐵芯鐵損、

線包的銅損及線路導(dǎo)線上線損組成。損耗直接影響電力部門的經(jīng)濟(jì)效益。準(zhǔn)確測量損耗不僅可為已運(yùn)行的多源電網(wǎng)提供最經(jīng)濟(jì)合理的電量輸送運(yùn)行方案，還為設(shè)計(jì)最經(jīng)濟(jì)的輸電線路提供選用電壓等級、變壓器容量和線徑的有用依據(jù)。

四、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的計(jì)量方式分析

在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，變壓器或發(fā)電機(jī)繞組的中性點(diǎn)直接與接地網(wǎng)相連接。

三相四線計(jì)量接線方式完全能夠?qū)?10kV及以上電壓等級的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量，在此不再詳細(xì)分析。

（一）采用三相四線計(jì)量方式

在從事計(jì)量工作時，曾多次遇到這樣的情況：10kV中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)中采用三相四線的電能計(jì)量方式。那么這種計(jì)量方式究竟是否適用于中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)呢？在此對此類計(jì)量方式的準(zhǔn)確性、安全性進(jìn)行綜合分析，并重點(diǎn)分析電力系統(tǒng)三相負(fù)載不對稱時的情況。

（二）誤差計(jì)算

當(dāng)負(fù)載不對稱時，中性點(diǎn)電壓會發(fā)生一定偏移，偏移電壓uoo'≠0，此時各相電源電壓和負(fù)載電壓不再保持一致。

結(jié)語

綜上所述，僅僅根據(jù)系統(tǒng)電壓等級來確定電能計(jì)量接線方式的做法是不全面、不準(zhǔn)確的。當(dāng)選擇一個計(jì)量點(diǎn)的計(jì)量方式時，必須充分考慮系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地情況。當(dāng)系統(tǒng)采用中性點(diǎn)絕緣方式時，雖然三相四線接線方式并不會造成計(jì)量誤差，但是此時的三相電壓不平衡、系統(tǒng)單相接地以及并聯(lián)諧振等因素，會大大影響計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性，所以應(yīng)盡量選擇三相三線計(jì)量接線方式;中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)則必須采用三相四線接線方式，否則會產(chǎn)生較大的計(jì)量誤差;而根據(jù)計(jì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以確定，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)低電阻接地的系統(tǒng)均應(yīng)采用三相四線計(jì)量接線方式。

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