電能計(jì)量誤差分析與電能計(jì)費(fèi)問題的討論

李興剛國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院

電能計(jì)量誤差分析與電能計(jì)費(fèi)問題的討論

李興剛
國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院

在電力市場化的背景下怎樣計(jì)算諧波電能，諧波電能損耗由誰擔(dān)負(fù)，與此部分損耗通過怎樣的計(jì)費(fèi)指標(biāo)，都是需要解決的問題。

電能計(jì)量；誤差分析；電能計(jì)費(fèi)；討論

電能計(jì)費(fèi)的合理性與電力企業(yè)及用戶的經(jīng)濟(jì)利益有著很大的關(guān)系。深化電能計(jì)量的正確性及收費(fèi)的合理性，無論對(duì)電力企業(yè)亦或用戶都是十分重要的。電力系統(tǒng)及用戶間怎樣銷售并購買電能，電能怎樣計(jì)量及計(jì)費(fèi)，不僅涉及經(jīng)濟(jì)問題，同時(shí)也存在技術(shù)問題。文章將以電能計(jì)量誤差分析與電能計(jì)費(fèi)問題的討論作為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上予以深入的探究，相關(guān)內(nèi)容如下所述。

1.有功電能的誤差分析

全數(shù)字式電能表有功電能檢測框，為了達(dá)到采樣定理標(biāo)準(zhǔn)，在檢測路徑上，一般要用到前置低通濾波設(shè)備。前置低通濾波設(shè)備的截比頻率可依附于需求予以設(shè)定。前置濾波設(shè)備的使用不可避免的造成了測量誤差。其一，因?yàn)橥l率的電壓以及電流會(huì)產(chǎn)生有功電能，所以對(duì)高頻分量的濾除有可能去掉一部分有用信息。不過因?yàn)楦哳l分量的不確定性，此誤差是無法預(yù)測的。其二，前置濾波設(shè)備的使用在很大程度上會(huì)使差異化頻率的信號(hào)分量產(chǎn)生相移，改變了功率因數(shù)角，進(jìn)而出現(xiàn)計(jì)量誤差。

依附于常規(guī)計(jì)算有功功率的方法，架設(shè)一個(gè)瞬時(shí)功率，則一段時(shí)間內(nèi)的平均有功功率即：

下述分析一下前置濾波設(shè)備對(duì)有功功率的測量產(chǎn)生的誤差。首先分析理想狀態(tài)下的情況。電壓電流的有效值均為1，阻性負(fù)載，擇取前置濾波設(shè)備為兩階巴特沃思模擬濾波設(shè)備，截至頻率為1000赫茲。

因?yàn)榍爸脼V波設(shè)備有動(dòng)態(tài)響應(yīng)程序，會(huì)出現(xiàn)一定的相位延時(shí)，所以在積分時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，在開始的一個(gè)周期內(nèi)利用前置濾波設(shè)備算出的有功功率為2.93，相對(duì)誤差超過兩個(gè)百分點(diǎn)，誤差相當(dāng)大。不除以時(shí)間，僅算積分，產(chǎn)生的絕對(duì)誤差為0.00140，利用前置濾波設(shè)備算出的有功功率為2.965，不除以時(shí)間的絕對(duì)誤差僅為0.0014，不過有功功率的相對(duì)誤差降低了近一半。通過上述我們可以看到0.0014是通過前置濾波設(shè)備所產(chǎn)生的延時(shí)所導(dǎo)致的，同時(shí)有功功率的相對(duì)誤差伴隨積分周期數(shù)的增加以2的指數(shù)遞減。所以五個(gè)周期求一次有功功率，相對(duì)誤差降低至0.14%，這可以很好的達(dá)到0.2級(jí)電能表的相關(guān)需要。若分析實(shí)時(shí)性，可以將相位延時(shí)誤差在參數(shù)處理模塊中予以補(bǔ)償。相關(guān)諧波都會(huì)出現(xiàn)差異化相移，處理舉措可與基波下的處理方法相統(tǒng)一。

再分析含有高次諧波的情況，電壓以及電流的頻率成分制衡，含有五十赫茲、兩千八百赫茲的基波有效值為1。兩千八百赫茲的諧波有效值為0.1，為方便計(jì)算取相位均相同。前置濾波設(shè)備為兩階巴特沃思模擬濾波設(shè)備，截至頻率為一千赫茲。擇取巴特沃思濾波設(shè)備作為前置濾波設(shè)備，假定電壓以及電流都含有諧波分量。

2.電能計(jì)量及計(jì)費(fèi)問題分析

總的有功功率是基波有功與諧波有功的代數(shù)和，現(xiàn)階段對(duì)諧波有功怎樣收費(fèi)并沒有統(tǒng)一的指標(biāo)，進(jìn)而導(dǎo)致了差異化廠家的電表間有功電能的計(jì)量有所不同。現(xiàn)階段供電系統(tǒng)擇取的計(jì)量設(shè)備是感應(yīng)式電能表與電子式電能表。感應(yīng)式電能表因?yàn)槠涔ぷ髟砼c構(gòu)造決定了電壓以及電流只有在理想狀態(tài)下才具備優(yōu)異的性能，因?yàn)槠潆姎庑阅艿姆蔷€性，在存在諧波的時(shí)候，其計(jì)量的電能量并非基波產(chǎn)生的有功，同時(shí)也不是基波及各次諧波獨(dú)立作用過程所出現(xiàn)的電能量的和，電子式電能表因?yàn)橛?jì)算電能的形式存在多元化特性，所以種類較多，這里面很大一部分也是宏觀的算出一個(gè)總的有功，所以均無法很好的反映用戶的實(shí)際用電狀態(tài)。

相對(duì)合理的方法即把基波產(chǎn)生的有功電能與諧波產(chǎn)生的有功電能單獨(dú)計(jì)費(fèi)，擇取差異化的收費(fèi)指標(biāo)，同時(shí)線性負(fù)荷用戶合非線性負(fù)荷用戶也要獨(dú)立計(jì)量。

針對(duì)線性負(fù)荷用戶，在電網(wǎng)受諧波污染的時(shí)候，被迫吸收諧波功率，依附于目前的計(jì)費(fèi)指標(biāo)，用戶要根據(jù)總有功功率所得到的總電能繳費(fèi)，不過在實(shí)際應(yīng)用過程，用戶要繳納的費(fèi)用僅涵蓋基波所出現(xiàn)的有功電能，所以目前的收費(fèi)指標(biāo)是十分不合理的。同時(shí)線性負(fù)荷用戶是有利于電網(wǎng)的，他們不僅多繳納了電費(fèi)，同時(shí)用電設(shè)施因?yàn)橹C波的存在受到了一定的損害，所以他們要得到相應(yīng)的賠償。

同時(shí)，伴隨電能質(zhì)量問題的逐漸凸顯，個(gè)別電力用戶擇取了相應(yīng)的舉措予以諧波抑比及無功補(bǔ)償，在電網(wǎng)電壓存在畸變的狀態(tài)下確保電流為指標(biāo)正弦波，這些用戶起到了“綠化”電網(wǎng)的作用，所以也要對(duì)他們予以適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)，以號(hào)召其他電力用戶向他們學(xué)習(xí)，關(guān)心電能質(zhì)量問題，完善電網(wǎng)。

要規(guī)避諧波電能的計(jì)量問題，我們一定要規(guī)避諧波源的探測等技術(shù)問題。針對(duì)沖擊性負(fù)荷，因?yàn)榧哟罅司€路的容量，同時(shí)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，而且會(huì)造成電能計(jì)量儀表發(fā)生計(jì)量誤差，所以對(duì)這些負(fù)載要予以動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)檢測，進(jìn)行基波功率與諧波功率的獨(dú)立計(jì)量，在此基礎(chǔ)上使用差異化的電價(jià)政策。

這些問題的規(guī)避不僅依賴于技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)還要全社會(huì)構(gòu)建廣泛的共識(shí)，摸索出對(duì)電網(wǎng)與用戶都公平的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

3.總結(jié)

綜上所述，前置濾波設(shè)備的使用不可避免的造成了測量誤差。其一，因?yàn)橥l率的電壓以及電流會(huì)產(chǎn)生有功電能，所以對(duì)高頻分量的濾除有可能去掉一部分有用信息。不過因?yàn)楦哳l分量的不確定性，此誤差是無法預(yù)測的。其二，前置濾波設(shè)備的使用在很大程度上會(huì)使差異化頻率的信號(hào)分量產(chǎn)生相移，改變了功率因數(shù)角，進(jìn)而出現(xiàn)計(jì)量誤差。現(xiàn)階段對(duì)諧波有功怎樣收費(fèi)并沒有統(tǒng)一的指標(biāo)，進(jìn)而導(dǎo)致了差異化廠家的電表間有功電能的計(jì)量有所不同。現(xiàn)階段供電系統(tǒng)擇取的計(jì)量設(shè)備是感應(yīng)式電能表與電子式電能表。感應(yīng)式電能表因?yàn)槠涔ぷ髟砼c構(gòu)造決定了電壓以及電流只有在理想狀態(tài)下才具備優(yōu)異的性能，因?yàn)槠潆姎庑阅艿姆蔷€性，在存在諧波的時(shí)候，其計(jì)量的電能量并非基波產(chǎn)生的有功，同時(shí)也不是基波及各次諧波獨(dú)立作用過程所出現(xiàn)的電能量的和，電子式電能表因?yàn)橛?jì)算電能的形式存在多元化特性。個(gè)別電力用戶擇取了相應(yīng)的舉措予以諧波抑比及無功補(bǔ)償，在電網(wǎng)電壓存在畸變的狀態(tài)下確保電流為指標(biāo)正弦波，這些用戶起到了“綠化”電網(wǎng)的作用，所以也要對(duì)他們予以適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)，以號(hào)召其他電力用戶向他們學(xué)習(xí)。

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