非線性負荷下電能計量的實用化技術探討

史小龍 丁嘉穎

摘 要：目前，已有許多學者研究了非線性負荷對電網電壓、電流以及電能計量的影響，總體認為非線性負荷會產生大量諧波，引起電網電壓、電流波形畸變，污染電網，并影響現(xiàn)有電能表電能計量的準確性，從而引起對非線性負荷下電能計量模式的合理性探討。本文采用實驗和掛網運行相結合的方法研究非線性負荷對現(xiàn)有電能表計量性能的影響，以探討非線性負荷下合理的電能計量方式和用于非線性負荷下的電能表選型建議。

關鍵詞：非線性負荷;電能計量;實用化技術

1 前言

電力系統(tǒng)中的負載按其特性可分為線性負載和非線性負載。線性負載的特點是參數(shù)不隨電壓或電流的變化而變化;非線性負載的特點則是參數(shù)隨電壓或電流的變化而變化。非線性負荷主要有以下幾類：①鐵磁飽和型，如變壓器、電抗器等因鐵磁飽和而呈現(xiàn)非線性特性;②電子開關類，如整流器、逆變器、晶閘管可控開關及家用電器等;③電弧型，如電弧煉鋼爐、交流電焊機等。

2 非線性負荷對電能計量的影響

電力系統(tǒng)的有功功率分布情況如圖 1 所示。

在電能計量方面，目前在非線性負荷場合普遍采用普通電子式電能表，普通電子式電能表計量有功功率采用基于 A/D 采樣數(shù)據的平均瞬時功率方法，即有功功率為：

3 非線性負荷下的電能計量模式探討

選取國內外同等級的電能表 3 款，分別為同時具有諧波、基波和全波電能計量功能的電能表 A、只有基波電能計量功能的電能表 B、只有全波電能計量功能的電能表 C，在實驗室及掛網運行試驗對這些電能表進行模擬電氣化鐵路負荷狀態(tài)、平頂波和尖頂波非線性負荷條件下的性能比對和誤差檢測試驗，定性地研究非線性負荷對電能計量的影響，評估各類電能表產品在非線性負荷下的計量性能，其原理框圖如圖 2 所示。

非線性負荷用戶會產生與基波功率相反的諧波功率向電網饋送，但當諧波功率較小時，如滿足GB/T 14549—1993《電能質量公用電網諧波》中的規(guī)定時，諧波對電能表的計量影響可不予考慮。當非線性負荷用戶產生的諧波功率較大時，針對電力系統(tǒng)的不同用戶或產生諧波的不同特點，分別計量基波電能和各次諧波電能，是很有必要的。這樣既準確地考核用戶實際消耗的電能（基波電能），又考核用戶是吸收還是送出諧波電能，有助于電力系統(tǒng)的電能計量管理和電能質量管理。

作者提出如式（2）所示的電能計量模式作為非線性負荷下電能計量的研究和探討，參照 GB/T14549—1993，以總波形畸變率（THD）作為判斷閥值來決定采用何種計量方法。

4 用于非線性負荷下的電能表選型建議

從電能計量出發(fā)，考慮到目前國內外還沒有諧波電能計量的相關標準和溯源，用于非線性負荷場合的電能表選型需要考慮如下幾個方面：

1）電能表應具有全波電能計量和基波、諧波電能計量兩種計量模式，可同時全波電能計量和基波、諧波電能計量;

2）電能表應能計量 2～21 次諧波分量在內的正反向諧波電能;

3）電能表應具備總波形畸變率、諧波含有率、諧波超限等實時監(jiān)測功能;

4）在檢測和驗收電能表時，應增加高次諧波影響試驗、平頂波和尖頂波影響試驗。

5 結語

1）通過用于實驗模擬和掛網運行相結合的試驗方法，驗證了非線性負荷下普通電能表的全波電能計量模式存在計量不合理現(xiàn)象，會少計用戶實際消耗的電能。

2）非線性負荷下的電能計量不宜采用統(tǒng)一的計量模式，應根據用戶的諧波情況自動選擇不同的計量方案。

3）目前，國內外還沒有諧波電能計量的相關標準和量值溯源，需時刻關注和研究諧波電能計量相關技術，尤其是諧波電能計量應用技術，以提高非線性負荷下電能計量的準確性、公平性和公正性，維護供用電雙方的合法權益。

參考文獻

[1]邢穎，李寶樹 .非線性負荷對電網電壓和電流的影響[J].電氣應用，2007，26（8）：25- 28 .

[2]張卓，駱盛軍 .對諧波影響下的電能計量方式的探討[J].廣東電力，2002，15（4）：55- 57 .