淺析電力諧波對(duì)電能表電能計(jì)量的影響

路昱 劉子悅

摘 要： 電力諧波極大的影響著電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和合理性， 因此，可以采用分別計(jì)量基波電能以及諧波電能， 以這樣的計(jì)量方式來(lái)記錄諧波電能方向， 重視電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)的規(guī)范與營(yíng)運(yùn)規(guī)則， 才是比較合理的計(jì)量方式。下面本文就在分析電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響基礎(chǔ)上，對(duì)合理電力計(jì)量方式進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞： 電力諧波 電能計(jì)量 電子式電能表 電度表

在我國(guó)的電力建設(shè)中， 非線性用戶(hù)向電網(wǎng)注入的諧波越來(lái)越多， 其不僅影響電能計(jì)量， 還將造成計(jì)量漏計(jì)的現(xiàn)象， 嚴(yán)重危害電力安全。下面本文就在分析電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響基礎(chǔ)上， 對(duì)合理電力計(jì)量方式進(jìn)行探討。

1 電力諧波的產(chǎn)生原因

（1） 當(dāng)發(fā)電機(jī)的電源質(zhì)量不高時(shí)， 就將會(huì)產(chǎn)生諧波【1】，這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)是由三相繞組而成的， 這在制作上是很難絕對(duì)對(duì)稱(chēng)的，因此，其發(fā)電機(jī)的鐵心也難做到均勻一致， 因此， 其產(chǎn)生的電源多少也會(huì)帶有少量的諧波。

（2） 在用電設(shè)備中， 大都會(huì)采用晶閘管整流， 特別是在開(kāi)關(guān)電源、 電力機(jī)車(chē)、 充電裝置、 鋁電解槽上也得到了廣泛的應(yīng)用， 這就會(huì)產(chǎn)生大量的電力諧波。 對(duì)于電弧爐、電石爐等， 會(huì)因?yàn)槿嘭?fù)荷的不平衡而產(chǎn)生電力諧波， 從經(jīng)變壓器注入電網(wǎng)； 而在氣體放電類(lèi)的電光源中， 如熒光燈、高壓鈉燈、高壓汞燈， 也會(huì)給國(guó)家電網(wǎng)造成電力諧波；對(duì)于調(diào)光燈具、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、錄像機(jī)等家用電器， 也會(huì)因?yàn)檎{(diào)壓整流裝置而產(chǎn)生電力諧波， 嚴(yán)重影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。

（3） 在國(guó)家電網(wǎng)中， 其輸配電系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生電力諧波， 這是由于輸配電系統(tǒng)的電力變壓器里面， 會(huì)因?yàn)樽儔浩麒F心的飽和，使得磁化電流呈現(xiàn)出尖頂波形， 因此具有電力諧波。

2 電力諧波對(duì)電能計(jì)量所產(chǎn)生的具體影響

（1）對(duì)與不同類(lèi)型的電能表頻率進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試， 其中感應(yīng)式電能表在2次以上的電力諧波中衰減特性逐漸增大， 直到第9次時(shí)， 可以衰減掉80%以上； 因?yàn)樵诟袘?yīng)式電能表中， 其圓盤(pán)渦流路徑等效與圓盤(pán)阻抗角， 可以隨頻率增高而去增大然而電子式電能表中， 它是呈寬帶響應(yīng)特性的， 因此，它的電子表帶寬會(huì)受到互感器頻帶以及乘法器時(shí)鐘頻率的限制[2]。

（2）電力諧波不僅會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的有效軸功率， 還會(huì)增大其附加損耗， 嚴(yán)重縮短電機(jī)壽命， 損害我國(guó)電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全， 在電磁感應(yīng)式電能表中， 會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)頻率偏移以及諧波的影響而產(chǎn)生誤差， 這是由于電磁感應(yīng)式電能表， 其設(shè)計(jì)就是按基波來(lái)情況考慮的， 當(dāng)負(fù)荷電壓與電流不變時(shí)， 其頻率的變化以及電壓線圈阻抗的變化， 均會(huì)會(huì)導(dǎo)致其電能表中電壓工作磁通的改變 ； 而且電能表中， 也會(huì)由于轉(zhuǎn)盤(pán)阻抗變化， 從而引起電流磁通的變化， 影響電磁感應(yīng)式電能表測(cè)量的精度。在感應(yīng)式電能表基礎(chǔ)上， 改進(jìn)感應(yīng)式電能表電能計(jì)量的非線性數(shù)學(xué)模型， 以全能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或者是以基波能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候， 由于感應(yīng)式電能表誤差頻率特性曲線下降， 因此，電能計(jì)量中電力諧波對(duì)感應(yīng)式電能表測(cè)得的電能計(jì)量會(huì)產(chǎn)生較大影響。感應(yīng)式電能表頻率的響應(yīng)曲線， 會(huì)隨著頻率增大而增大， 因此，感應(yīng)式電能表的電能計(jì)量要大于基波和各次諧波電能的和。

（3） 在電子式電能表中，根據(jù)其時(shí)分割乘法器結(jié)構(gòu)和工作原理， 可以建立仿真的乘法器模型， 并通過(guò)計(jì)算分析以及仿真分析的方式， 分析電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響?？芍陔娮邮诫娔鼙淼碾娔苡?jì)量上， 其誤差因頻率變化的影響比較小， 電子式電能表對(duì)各次電力諧波的響應(yīng)系數(shù)為Kh≈1， 所引起誤差頻率特性曲線也較為平坦，因此，在電力諧波中使用電子式電能表誤差較小。電子式電能表中， 電能基本表達(dá)式如公式1所示：

公式1：W（t）=∫p（t）dt=∫u（t）i（t）dt

其中，u、i、p就是瞬時(shí)電壓、電流以及功率值， 其測(cè)量電能計(jì)量的原理就是將電壓與電流相乘， 然后將時(shí)間上累計(jì)起來(lái)， 將功率轉(zhuǎn)換為脈沖頻率輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)積分。

（4） 電力諧波是有害而無(wú)利的， 當(dāng)非線性用戶(hù)向我國(guó)電網(wǎng)注入諧波功率時(shí)， 電力系統(tǒng)中的諧波和基波相迭加， 其波形將會(huì)發(fā)生畸變， 由于電能表中電壓與電流產(chǎn)生間不能因磁通而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩， 從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與平均功率會(huì)產(chǎn)生誤差。 基波在電能中具有重要作用， 可以根據(jù)基波電能值來(lái)合理地確定用戶(hù)電費(fèi)情況， 不僅可以減少諧波對(duì)電能計(jì)量的損害， 還將會(huì)維護(hù)線性用戶(hù)的用電安全。 電力諧波是有害的電能， 電力諧波會(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)的用電安全， 而且電力諧波向國(guó)家電網(wǎng)的傳入也將影響國(guó)家電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益， 應(yīng)該制定相應(yīng)的措施來(lái)治理電力諧波危害， 對(duì)非線性用戶(hù)進(jìn)行相應(yīng)的處罰， 維護(hù)國(guó)家電力安全。

3 合理電能計(jì)量方式的選擇

電能計(jì)量的精度關(guān)系到我國(guó)電力的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益， 為了合理計(jì)量用戶(hù)所消耗的電能， 因此， 應(yīng)針對(duì)含高次諧波的線路用戶(hù)， 選用電量平衡統(tǒng)計(jì)以及貿(mào)易結(jié)算電能表， 嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)要求來(lái)進(jìn)行諧波治理， 選擇合適的電能計(jì)量方式， 可以有效降低電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響[3]。

（1）電力諧波大量注入電網(wǎng)中，會(huì)使電力系統(tǒng)的電壓以及電流波形發(fā)生嚴(yán)重的變形，影響儀器、 儀表的準(zhǔn)確性， 然而電力計(jì)量是關(guān)系到電力供需雙方積極效益的關(guān)鍵， 也是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的核算依據(jù)， 因此， 降低電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響是十分必要的。

（2） 在我國(guó)的電能計(jì)量中， 對(duì)與同一計(jì)量點(diǎn)， 當(dāng)電力諧波以超過(guò)國(guó)標(biāo)上的規(guī)定時(shí)，可以采用相同準(zhǔn)確級(jí)的全電子式電能表或者是電磁感應(yīng)式電能表， 也可以使用具有計(jì)量諧波分量的多功能電能表。

（3）當(dāng)電力諧波是大功率變流設(shè)備以及電弧爐等電力負(fù)載產(chǎn)生的時(shí)候， 其電能表中會(huì)記錄負(fù)荷消耗基波有功電能， 此時(shí)采用電磁感應(yīng)式電能表更合理； 如果是電力諧波是由電網(wǎng)產(chǎn)生的時(shí)候， 可以采用全電子式電能表， 能反映出實(shí)際的電能計(jì)量。

電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響， 可以采用合理的計(jì)量方式， 按照電價(jià)體系中電力成本合理分?jǐn)偟脑瓌t， 對(duì)吸收電力諧波的用戶(hù)， 在其電力價(jià)格以及用電量上給予適當(dāng)?shù)闹C波分量補(bǔ)償， 并按諧波分量比例調(diào)整用電價(jià)格， 綜合治理非線性負(fù)載用戶(hù)諧波， 用高精度電子式電能計(jì)費(fèi)表計(jì)， 降低諧波對(duì)電能計(jì)量的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

由上可知， 隨著我國(guó)電力系統(tǒng)中， 非線性用戶(hù)負(fù)荷數(shù)量越來(lái)越多， 其諧波也向電網(wǎng)大量注入， 影響電能質(zhì)量的同時(shí)也給電能計(jì)量帶來(lái)一定的誤差。從電能的計(jì)算原理以及電能表的計(jì)費(fèi)原理中， 綜合治理非線性負(fù)載用戶(hù)的諧波， 用高精度的電子式電能計(jì)費(fèi)表計(jì)， 可以很好的降低諧波造成的計(jì)量漏計(jì)現(xiàn)象， 為用戶(hù)與供電部門(mén)提供更好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉向明. 電力諧波自身技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)在電力計(jì)量中的應(yīng)用芻議[J].中國(guó)信息化，2013（12）：124-125.

[2] 胡連貴. 探析電力計(jì)量中對(duì)電力諧波的技術(shù)改進(jìn)和控制[J].中華民居，2012（7）：56-57.

[3] 劉進(jìn)勇. 淺談電力諧波在電力計(jì)量中的應(yīng)用及發(fā)展[J].城市建設(shè)，2012（9）：89-90.