電網諧波對線性用戶電能計量的影響分析及改善措施

王品

摘要：電網中的諧波對電能的計量影響很大，線性負載用戶不但遭受諧波的危害，而且多交電費。文章針對線性用戶在諧波環境下的電能計量問題，通過分析諧波對電能表計量的影響，指出在現行電能計量方式下電能計量中存在的不合理之處，并提出了改善線性用戶電能計量的措施。

關鍵詞：諧波；電能計量；線性負載；低通濾波

電能計量管理對于電力企業來說是非常重要的一項工作，其不但對于電力市場的交易結算有著一定的影響，同時，也對企業的經營效益有著很大的影響。電能計量管理主要是為了確保電力計量量值是準確的，屬于其主要目標。在我國社會經濟的快速發展下，電能計量也越來越重要。在此背景下，只有重視電能計量工作的實施，采取標準化的管理方法，才可以有效防止電量損失。本文則基于此，提出了加強電能計量管理防止電量損失的相關建議，以期能提升電能計量管理的水平和效率。

1諧波對電能表電能計量的影響分析

線性用戶大多數是低壓小電量用戶，電能計量主要使用感應式電能表和電子式電能表，這兩種表的電能計量原理完全不同，諧波對他們電能計量的影響機制也不同。在諧波的影響下，這兩種電能表都不能準確的反映線性負載用戶所實際消耗的電能，電能計量結果往往大于實際消耗電能，造成了線性用戶的經濟損失。

1.1諧波對感應式電能表計量的影響

感應式電能表是利用電磁感應原理把電壓、電流、相位轉變為磁力矩，推動鋁制圓盤旋轉，從而驅動計度器進行時間量累計的工作過程。其結構示意圖如圖1所示。

感應式電能表由于結構簡單，價格便宜，目前仍然廣泛使用。關于諧波影響下的感應式電能表數學模型已較為完善[2]，這種表能否準確計量電能，取決于其頻率響應特性，由于感應式電能表的出現時間較早，它的設計對諧波影響考慮較少，它的頻率響應在工頻附近比較理想，但頻率響應范圍很小。

研究了感應式電能表的頻率特性，并給出了如圖2所示頻率特性曲線，圖中功率因數自左至右分別是為0.25（滯后）、0.5（滯后）、1（超前）、0.5（超前）、0.25（超前），研究表明感應式電能表計量誤差隨著諧波頻率的增大而增大，功率因數不同，其計量誤差也不同。由于感應式電能表的這種電磁驅動機械結構的測量方式，導致其工作頻率范圍很窄，僅在工頻附近且電壓、電流波形無畸變情況下才能準確計量。當受到諧波影響時，電網中電壓和電流波形會發生畸變，其測量結果將受到很大的影響。

1.2諧波對電子式電能表的影響

1.2.1電子式電能表計量原理

電子式電能表是通過對用戶供電電壓和電流實時采樣，經電路處理后對采樣的電壓和電流信號進行向量相乘并轉換成與電能成正比的脈沖輸出，實現電能計量[9]。圖3為電子式電能表電能計量結構示意圖，根據電子式電能表的工作原理可知，在時間t內所計量的電能值，是通過采樣電壓、電流值計算瞬時功率值，以采樣周期為單位時間計算的平均電能。

1.2.2電子式電能表的頻率響應

與感應式電能表相同，電子式電能表的頻率響應特性是影響計量的重要因素。圖4為電子式電能表的頻率響應曲線[10]，其頻率特性較為平坦，基本上能夠準確的計量諧波功率。大量的文獻表明，當電網中含有諧波時，會影響電子式電能表計量結果，但基本上在允許范圍之內。

但應當指出的是，電子式電能表計量的準確性，還受到電流、電壓采樣電路的影響，尤其是互感器，電能表的計量值是以互感器的的測量數據為依據的，因此互感器的測量準確度直接影響計量結果。由于互感器都有頻率響應范圍[11]，當存在諧波時，互感器對各次諧波的轉換后的結果誤差各不相同，使得測量誤差增大。所以電子式電能表中應該盡量采用精度較高、頻率響應特性較好的電流（或電壓）互感器。

2諧波對線性用戶電能計量影響的改善措施

2.1基波電能計量方式

對于線性負載用戶來說，采用基波電能計量方式，從易實現性來說是比較合理的。但通過前面的分析，感應式電能表在計量基波電能的基礎上會多計入部分諧波電能；而電子式電能表計量基波電能和全部諧波電能，這都對線性負載用戶來說是不準確的。

2.2考慮諧波流向帶加權系數的電能計量方式

這里提出一種考慮諧波流向帶加權系數的電能計量方式，電能計量如下：W=W1-Cfh∑Wfh+Crh∑Wrh（3）式中，W1為基波電能；Wfh為正向諧波電能（負載吸收諧波電能）；Wrh為反向諧波電能（負載發出諧波電能）；Cfh、Crh為正、反向諧波電能加權系數，且01。這種電能計量方式，對線性用戶的電能計量是準確合理的，吸收諧波功率后，得到了一定的補償。

3結語

隨著電網運行中大量非線性負載的大量增加，直接影響了電能表的電能計量?，F有感應式電能表和電子式電能表都不能滿足合理、準確反映負載用戶的電能消耗，這對電能計量儀表的計量方式、互感器采樣電路、計量芯片等提出了新要求。

參考文獻：

[1]寧志毫，羅隆福，李勇，等.大功率整流系統諧波功率特性及其對電能計量的影響和節能分析[J].電工技術學報，2012，27（11）：248-255.

[2]戚良娣，郭嘉琳，陳根永.感應型電能表在畸變波形下的數學模型[J].中國電機工程學報，1993，13（15）：65-72.

（作者單位：國網遼寧省電力有限公司鐵嶺供電公司）