諧波條件下感應系電能表計量誤差分析

李　琦黑龍江省電力科學研究院

諧波條件下感應系電能表計量誤差分析

李琦
黑龍江省電力科學研究院

在現在的生產生活用電量不斷增加的形式下，電能表計量的準確性十分重要，它的合理性也會進一步影響發電方、供電方和用電三方之間的經濟利益，同時也會影響三者之間的關系，除此之外，還可以進一步影響其交易的公平性。因此，進行感應系電能表計量誤差分析十分有必要，本篇文章通過分析諧波對互感器的影響，進一步得出相關結論。這其中包含了對電容式電壓互感器及電磁式互感器的影響分析，同時進行諧波條件下感應系電能表計量誤差的討論，再得出總結，提供給相關工作人員相關信息。

諧波；誤差；電能計量；分析

對于感應系電能表來說，在多年的改進和完善以后，其可靠性和使用壽命得到加強，與此同時，其價方面的優勢也得到利用。因此，要想判斷評估感應系電能表在現代電能管理中的作用，就要評估其感應系電能表在諧波下的運行特性。對很多電能表生產企業進行調查分析后，得出如下結論：在對這些感應系電能表進行測量時，出現的誤差有正有負，而其很少出現正誤差的狀況。而對于學者來說，他們知道的是感應系電能表具有負的、下降的頻率特性，因此，這樣實驗結果便和其相矛盾。

1.諧波對互感器的影響分析

1.1諧波對電磁式互感器的影響分析。在圖1里，電磁式電壓互感器展示了其工作原理，通過繞組間電磁感應原理來完成操作。

圖1　電磁式電壓互感器原理圖

從物理的分析來看，在上面的電磁式電流互感器原理圖得出結論，在測量的電流線路里進行一定的繞組串聯，而在其工作時，會使得二次回路閉合。對于電磁式電流互感器和PT兩個角度來看，其進行工作都是通過電磁感應，所以都會有鐵磁材料和線圈作為其工作的原材料，它們的工作頻帶比較窄，同時，其線性范圍也會比較小，在鐵心磁場的作用下，電磁式互感器在一次側和二次側之間的聯系加強，從電磁式電流互感器方面來看，先建立電磁式互感器模型，然后進行數學描述。從電磁式電流互感器的角度來看，在分析其非線性特性的主要原因時可以進一步得出結論，是其渦流、磁滯以及飽和現象導致誤差存在。然而，相關的學者會比較不容易注意到渦流和磁滯帶來的非線性影響。

1.2諧波對電容式電壓互感器的影響分析。通過圖2我們了解到，其出現的是電容式電壓互感器（CVT）的原理，其中，電容是參數C1、C2，而中間變壓器是字母T，CVT的補償電抗器是L，而CVT的阻尼裝置及二次負荷的等效電阻及電感分別是參數Lf、R f和La、R a。在CVT空載時，T電流很小，圖5是其簡化的電路，在這其中，等效電源電壓VM=（C1/（C1+C2））V1N；C1和C2的等值電容Ce= C1+C2；L1等值于L與中間變壓器T的高低兩側漏感LT1、LT2之和；電阻R 1是參數C1、C2、L及T繞組等效直流電阻之和。電壓比誤差的公式如下（100%）:

電壓角誤差計算公式如下（'）:

圖2　CVT原理圖

在目前的發展中來看，我們主要是通過上述公式對電容式電壓互感器的附加誤差進行計算。結果可以看出是一個近似值，同時，電容式電壓互感器逐漸擴散到一些負荷隨頻率波動而變化的頻率敏感型器件，比方說，一些諧振阻尼器和速飽和電抗器型阻尼器，如果不對其誤差進行分析，就會導致電容式電壓互感器產生新的誤差。

2.諧波條件下感應系電能表計量誤差的討論

在頻率升高的情況下，感應系感應系電能表的頻率特性曲線會呈現急劇下降的趨勢，感應系電能表的頻率在1khz時，所測得的實際電能量為10%。

不過，由于頻率特性曲線具有一定的局限性，它在一定情況下說明的是單一特定頻率下的誤差情況，通過上面分析可以看出，和含有若干次諧波的電壓電流共同作用于電能表的情況相比，這兩種情況并不是完全相同。對于供電系統來說，其負載提供的總電功率的關系表達式如下所示：

通過上面的公式可以看出，在諧波條件下，感應系電能表在工作時產生的誤差存在不確定性，極有可能是負數，只有小部分的可能為正數。通過對過去已有的文獻分析，諧波對感應系電能表影響因素很多，列舉的非線性負載多是電力電子負載，通過研究相關參考文獻，結合所做實驗結果看，主要有以下結論：（1）由于感應系電能表具有非線性的特性，致使其在多個不同頻率諧波綜合作用下，計量的電能量與各諧波電壓電流單獨作用時分別計量的電能量之和有一定的差距。（2）電壓和電流發生畸變，即使電壓誤差小，也會發生比較大的電能計量誤差，這樣的狀況發生是因為頻率特性具有下降特征及感應系電能表磁路的非線性發生所導致的。

3.總結

對于現在的供電系統來說，要探究供電系統諧波污染的根源，那必然是非線性負載。在現在的發展中，盡管電子式電能表發展速度比較快，但是在穩定性的角度上來看，感應系電能表更有優勢，不僅如此，在價格上感應系電能表也更有優勢。在我國現在的發展中，現在對于供電系統諧波系統的關注度不斷提高，而治理力度也在進一步加大，從治理的準度的層面來說，也在不斷加強。感應系電能表是基表形成的各種機電式電能表，發揮著重要的作用，扮演著重要的角色，因此其在現在的電能管理里有巨大的發展空間。

［1］葛毅.電力諧波對電能表電能計量的影響研究［D］.重慶大學，2003.

［2］王瑩，金鎮浩.三角波比較式時分割乘算器的探討［J］.電測與儀表，1987，3（12）:2－6.