非線性負(fù)荷下電能計(jì)量的實(shí)用化技術(shù)探討

史小龍 丁嘉穎

摘 要：目前，已有許多學(xué)者研究了非線性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電壓、電流以及電能計(jì)量的影響，總體認(rèn)為非線性負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生大量諧波，引起電網(wǎng)電壓、電流波形畸變，污染電網(wǎng)，并影響現(xiàn)有電能表電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，從而引起對(duì)非線性負(fù)荷下電能計(jì)量模式的合理性探討。本文采用實(shí)驗(yàn)和掛網(wǎng)運(yùn)行相結(jié)合的方法研究非線性負(fù)荷對(duì)現(xiàn)有電能表計(jì)量性能的影響，以探討非線性負(fù)荷下合理的電能計(jì)量方式和用于非線性負(fù)荷下的電能表選型建議。

關(guān)鍵詞：非線性負(fù)荷;電能計(jì)量;實(shí)用化技術(shù)

1 前言

電力系統(tǒng)中的負(fù)載按其特性可分為線性負(fù)載和非線性負(fù)載。線性負(fù)載的特點(diǎn)是參數(shù)不隨電壓或電流的變化而變化;非線性負(fù)載的特點(diǎn)則是參數(shù)隨電壓或電流的變化而變化。非線性負(fù)荷主要有以下幾類：①鐵磁飽和型，如變壓器、電抗器等因鐵磁飽和而呈現(xiàn)非線性特性;②電子開關(guān)類，如整流器、逆變器、晶閘管可控開關(guān)及家用電器等;③電弧型，如電弧煉鋼爐、交流電焊機(jī)等。

2 非線性負(fù)荷對(duì)電能計(jì)量的影響

電力系統(tǒng)的有功功率分布情況如圖 1 所示。

在電能計(jì)量方面，目前在非線性負(fù)荷場(chǎng)合普遍采用普通電子式電能表，普通電子式電能表計(jì)量有功功率采用基于 A/D 采樣數(shù)據(jù)的平均瞬時(shí)功率方法，即有功功率為：

3 非線性負(fù)荷下的電能計(jì)量模式探討

選取國內(nèi)外同等級(jí)的電能表 3 款，分別為同時(shí)具有諧波、基波和全波電能計(jì)量功能的電能表 A、只有基波電能計(jì)量功能的電能表 B、只有全波電能計(jì)量功能的電能表 C，在實(shí)驗(yàn)室及掛網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)對(duì)這些電能表進(jìn)行模擬電氣化鐵路負(fù)荷狀態(tài)、平頂波和尖頂波非線性負(fù)荷條件下的性能比對(duì)和誤差檢測(cè)試驗(yàn)，定性地研究非線性負(fù)荷對(duì)電能計(jì)量的影響，評(píng)估各類電能表產(chǎn)品在非線性負(fù)荷下的計(jì)量性能，其原理框圖如圖 2 所示。

非線性負(fù)荷用戶會(huì)產(chǎn)生與基波功率相反的諧波功率向電網(wǎng)饋送，但當(dāng)諧波功率較小時(shí)，如滿足GB/T 14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中的規(guī)定時(shí)，諧波對(duì)電能表的計(jì)量影響可不予考慮。當(dāng)非線性負(fù)荷用戶產(chǎn)生的諧波功率較大時(shí)，針對(duì)電力系統(tǒng)的不同用戶或產(chǎn)生諧波的不同特點(diǎn)，分別計(jì)量基波電能和各次諧波電能，是很有必要的。這樣既準(zhǔn)確地考核用戶實(shí)際消耗的電能（基波電能），又考核用戶是吸收還是送出諧波電能，有助于電力系統(tǒng)的電能計(jì)量管理和電能質(zhì)量管理。

作者提出如式（2）所示的電能計(jì)量模式作為非線性負(fù)荷下電能計(jì)量的研究和探討，參照 GB/T14549—1993，以總波形畸變率（THD）作為判斷閥值來決定采用何種計(jì)量方法。

4 用于非線性負(fù)荷下的電能表選型建議

從電能計(jì)量出發(fā)，考慮到目前國內(nèi)外還沒有諧波電能計(jì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和溯源，用于非線性負(fù)荷場(chǎng)合的電能表選型需要考慮如下幾個(gè)方面：

1）電能表應(yīng)具有全波電能計(jì)量和基波、諧波電能計(jì)量兩種計(jì)量模式，可同時(shí)全波電能計(jì)量和基波、諧波電能計(jì)量;

2）電能表應(yīng)能計(jì)量 2～21 次諧波分量在內(nèi)的正反向諧波電能;

3）電能表應(yīng)具備總波形畸變率、諧波含有率、諧波超限等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能;

4）在檢測(cè)和驗(yàn)收電能表時(shí)，應(yīng)增加高次諧波影響試驗(yàn)、平頂波和尖頂波影響試驗(yàn)。

5 結(jié)語

1）通過用于實(shí)驗(yàn)?zāi)M和掛網(wǎng)運(yùn)行相結(jié)合的試驗(yàn)方法，驗(yàn)證了非線性負(fù)荷下普通電能表的全波電能計(jì)量模式存在計(jì)量不合理現(xiàn)象，會(huì)少計(jì)用戶實(shí)際消耗的電能。

2）非線性負(fù)荷下的電能計(jì)量不宜采用統(tǒng)一的計(jì)量模式，應(yīng)根據(jù)用戶的諧波情況自動(dòng)選擇不同的計(jì)量方案。

3）目前，國內(nèi)外還沒有諧波電能計(jì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和量值溯源，需時(shí)刻關(guān)注和研究諧波電能計(jì)量相關(guān)技術(shù)，尤其是諧波電能計(jì)量應(yīng)用技術(shù)，以提高非線性負(fù)荷下電能計(jì)量的準(zhǔn)確性、公平性和公正性，維護(hù)供用電雙方的合法權(quán)益。

參考文獻(xiàn)

[1]邢穎，李寶樹 .非線性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電壓和電流的影響[J].電氣應(yīng)用，2007，26（8）：25- 28 .

[2]張卓，駱盛軍 .對(duì)諧波影響下的電能計(jì)量方式的探討[J].廣東電力，2002，15（4）：55- 57 .