電能計量中諧波對計量結(jié)果的影響及防范

王超

摘要：高電壓系統(tǒng)通過提高流變的精度和電度表計的精度可以提高計量的準(zhǔn)確性，而電網(wǎng)中的諧波的存在是干擾電能計量結(jié)果的重要因素，在大容量的發(fā)電企業(yè)更加嚴(yán)重，年發(fā)電量上十億度的電廠，動則誤差百萬度電，相當(dāng)于近百萬元經(jīng)濟效益。針對這一問題，我們采用仿真實驗和理論研究相結(jié)合的方法，對諧波在電能計量中的影響進行分析，并針對分析結(jié)果提出具體的防范措施。能夠保證電力系統(tǒng)的運行和經(jīng)濟效益保持穩(wěn)定高效增長。

關(guān)鍵詞：諧波;劑量結(jié)果;影響與對策

1、諧波對電能計量的影響

對于諧波源用戶來說，智能電能表的讀數(shù)是用基波電能減掉諧波電能后顯示的標(biāo)準(zhǔn)的計量結(jié)果。在按照標(biāo)準(zhǔn)正弦波設(shè)計的電能表正常工作狀態(tài)下，諧波源污染的電網(wǎng)用戶有時卻少交了電費，而安裝了基波電能的基礎(chǔ)上再加上諧波電能的電網(wǎng)用戶，不僅設(shè)備容易收到損害，電費也計量的不夠準(zhǔn)確。經(jīng)過總結(jié)，在諧波環(huán)境下，電能計量存在主要問題包括：

1.1供電系統(tǒng)中的輸變電設(shè)備吸收了大部分的諧波功率，造成了供電設(shè)備壽命的縮短，增加了供電成本，還帶來了電量不平衡、高損耗的結(jié)果。

1.2諧波電能損壞了供電系統(tǒng)中的線性負(fù)載，增加了線性負(fù)載用戶的費用負(fù)擔(dān)。但是非線性負(fù)載用戶卻由于諧波的較少注入而減少了電費。這說明諧波對于傳統(tǒng)和職能電能計量方式的影響造成了管理上的不合理。

1.3目前各種用戶的電能計費因素對電力設(shè)備傳輸、線損、設(shè)備的消耗等等都有很大的影響。甚至給供電企業(yè)和用戶帶來巨大的經(jīng)濟損失。

2、諧波對有功電能表計量的影響

利用數(shù)學(xué)模型對感應(yīng)式電能表的基波電能和諧波電能的累加后，得到多個頻率響應(yīng)曲線，表明在諧波電壓和電流相角發(fā)生變化時，電能表對基波拉過和諧波的讀數(shù)與同時計量的基波和諧波的讀數(shù)不一致。例如電流大小不變，當(dāng)諧波次數(shù)較高，智能式電能表的諧波電能臂諧波電壓相位大。

智能式有功電能表的設(shè)計為保證在工頻的頻帶范圍內(nèi)，保持正弦波形的最佳工作性能。可以通過誤差補償來進行電網(wǎng)電壓和電流的波形畸變。當(dāng)基波功率疊加到單一諧波功率時，電能表顯示的誤差收到基薄和諧波功率的影響，相同的時候為正，不同的時候為負(fù)。不論是理論分析還是實驗結(jié)果都表明，電能表計量的電能量的大小取決于基波占有的比例、諧波的階次高地以及電能表負(fù)載的程度等。

3、諧波對電能計量結(jié)果的影響

通過對諧波污染較為嚴(yán)重的用電客戶的調(diào)研和分析，根據(jù)現(xiàn)場收集到的資料，使用實時數(shù)字仿真系統(tǒng)進行模擬實驗，得到的諧波情況，使用模擬系統(tǒng)將智能式電能表和電子式電能表的電能計量加以分析和計算，得到的實驗結(jié)果為：

3.1電能表的頻率特性收到諧波的影響較多，尤其是對計量結(jié)果的影響。這表明嗲能表的運行的是否穩(wěn)定，取決于它在諧波功率下對電能計算誤差的大小。在實踐中我們發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)式電能表接入電路后，在諧波的運行狀態(tài)下，只要電能表發(fā)生了頻率上的變化，電能結(jié)果必然出現(xiàn)誤差。造成這種誤差的原因，主要是由于電能表的頻率收到非純電阻的轉(zhuǎn)盤的感抗分量的影響，引起阻抗的改變，從而改變了電能表的轉(zhuǎn)速，使得計量結(jié)果出現(xiàn)誤差。再就是電流線圈當(dāng)中的驅(qū)動力矩發(fā)生了變化，導(dǎo)致電能表的轉(zhuǎn)速發(fā)生了改變，從而產(chǎn)生了計量結(jié)果的誤差。還有就是電壓線圈磁通量的變化是隨著頻率的改變而發(fā)生驅(qū)動力矩的改變的，這種改變也會導(dǎo)致電能表的計量結(jié)果出現(xiàn)誤差。

3.2對感應(yīng)式電能表的電流進行新號檢測中，我們發(fā)現(xiàn)，諧波狀態(tài)下的信號電流發(fā)生畸變的程度是受到電流和電壓的波形變化的影響的。當(dāng)電流和電壓的波形新號于正弦波形發(fā)生了較大距離的畸變后，根據(jù)諧波功率計算出的計量結(jié)果，誤差是在允許的范圍內(nèi)的。

4、諧波對無功電能表計量的影響

無功的傳輸可以降低發(fā)電機和變壓器的有功傳送能力，同時增加線路的損耗，而諧波加劇了這種影響。無功電能表的計量是通過對輸入電壓和電流的移相實現(xiàn)跨相接線和電壓回路的串接。在諧波環(huán)境下，正弦的感應(yīng)式無功電能表的電壓、電流回路的阻抗變化會出現(xiàn)較小的相位變化。到余弦感應(yīng)式無功電能表的不正確移相。與有功的計量相比，電子式電能表通過電壓延時計量的方法，在諧波環(huán)境下，實現(xiàn)了正確的移相。以試驗為例，設(shè)備包括諧波功率發(fā)生器、多功能電力分析儀、無功電能表、波形記錄儀等。

利用波形記錄儀對無功電能表進行脈沖輸出后，記錄下電壓源和電阻的無功功率，計算出測量的精度、頻率的范圍。實驗結(jié)果表明，感應(yīng)式無功電能表計量的無功功率增幅隨著頻率的增加而發(fā)生了下降。在諧波無功功率增幅較大的時候，電子無功電能表的增幅卻發(fā)生了下降，這是相位誤差以及常用余弦感應(yīng)式電能表對諧波無功計量的誤差最大為三倍，電子電能表對諧波無功的計量絕對誤差為兩倍。因此在諧波環(huán)境下的無功計量存在很大缺陷，建議在污染較為嚴(yán)重的地區(qū)應(yīng)使用基波和諧波無功分別計量的無功電能表進行電能的計量。

5、對諧波影響的防范措施

綜合各種因素，在計量基波的計量方式的基礎(chǔ)上提出了一種帶加權(quán)系數(shù)的、對基波電能及諧波電能分別計量的改進的電能計量方式，該計量方式能有效防范諧波對電能計量結(jié)果的影響。具體的計量公式如下：

分析結(jié)果說明，采用基波計量的方式，采用電子式電能表的計量誤差會比較大。分別采用改進的基薄電能和諧波計量方式，也許是對電能計量結(jié)果影響最小的有效的防范諧波的措施。具體的改進的實際操作中，可以針對諧波能量和基波能量的計量成本進行核算后，提出新的電能計量方式，在諧波污染較為嚴(yán)重的供電系統(tǒng)，如大中型用電客戶中，設(shè)計出能夠便于測量而且保證計量方法較為準(zhǔn)確的諧波和基波分別計量的方式，對于最終測量結(jié)果的科學(xué)性和精確性十分有效。今后隨著電子技術(shù)的發(fā)展，相信新的計量方式還會更加完善。

結(jié)語

根據(jù)諧波對電能計算結(jié)果的影響的分析，我們知道了諧波對電能計量的準(zhǔn)確性的影響是十分巨大的。要實現(xiàn)電力的市場化運行，采取有效的防范措施，改進電能計量方式，就要采取技術(shù)手段干預(yù)諧波條件下的電能計量方式。并且還要控制諧波污染嚴(yán)重的問題。通過采取合理的改進措施改善電網(wǎng)的運行環(huán)境，獲得更好的市場和經(jīng)濟效益。

參考文獻

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