淺析電力諧波對(duì)電能表電能計(jì)量的影響

萬(wàn)軼寰　宋鵬

摘要：電力諧波極大的影響著電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和合理性，因此，可以采用分別計(jì)量基波電能以及諧波電能，以這樣的計(jì)量方式來(lái)記錄諧波電能方向，重視電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)的規(guī)范與營(yíng)運(yùn)規(guī)則，才是比較合理的計(jì)量方式。下面本文就在分析電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響基礎(chǔ)上，對(duì)合理電力計(jì)量方式進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：電力諧波電能計(jì)量電子式電能表電度表

引言

在我國(guó)的電力建設(shè)中，非線性用戶(hù)向電網(wǎng)注入的諧波越來(lái)越多，其不僅影響電能計(jì)量，還將造成計(jì)量漏計(jì)的現(xiàn)象，嚴(yán)重危害電力安全。下面本文就在分析電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響基礎(chǔ)上，對(duì)合理電力計(jì)量方式進(jìn)行探討。

1諧波與電能計(jì)量的聯(lián)系

諧波指的是一種周期性的正弦能量，其幅值比基波小，頻率是50Hz基波的整數(shù)倍。諧波功率通常是由非線性設(shè)備引起的，主要有兩種，一是有功功率，二是無(wú)功功率，本文只討論前者。諧波的有功功率來(lái)自用戶(hù)消耗，方向和基波功率相反。因此，在輸配電設(shè)備正常工作中，諧波有功功率常會(huì)引起故障產(chǎn)生，使其不能進(jìn)行正常輸電發(fā)電。

1.1諧波與電能計(jì)量的準(zhǔn)確度

各設(shè)備產(chǎn)生諧波時(shí)，諧波會(huì)產(chǎn)生不利于電能計(jì)量的因素，所以，電能表在計(jì)量基波諧波時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)一定的偏差。

當(dāng)諧波功率發(fā)生作用時(shí)，電能表測(cè)試顯示的數(shù)值E'=C1E1+ChEh，上式中，E1表示的是基波，Eh代表h次的諧波電能值，其符號(hào)可負(fù)可正，要根據(jù)實(shí)際潮流的具體方向做決定;C1、Ch依次代表電能表所反映與基波和h次諧波電能成比例的系數(shù)。

在電力系統(tǒng)中，電子式電能表和感應(yīng)式電能表是最常用的。其中，感應(yīng)式電能表多用于工頻波動(dòng)較小的區(qū)域，如果電流與電壓一樣，都是正弦波，其性能才能得到充分的發(fā)揮。在平時(shí)運(yùn)行中，由于多種原因影響，電流和電壓波形難免會(huì)發(fā)生偏離的情況，從而導(dǎo)致正弦有所改變，轉(zhuǎn)盤(pán)和電壓線圈的阻抗都會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，從而帶動(dòng)電壓工作磁通及相對(duì)應(yīng)的電流磁通也產(chǎn)生變化，最終造成轉(zhuǎn)矩和平均功率成不了反比，以致于出現(xiàn)一些不必要的誤差，給計(jì)量結(jié)果帶來(lái)偏差。

測(cè)量用互感器在現(xiàn)實(shí)生活中較為常見(jiàn)，不管是對(duì)電壓的測(cè)量，還是對(duì)電流的測(cè)量，都要用到測(cè)量用互感器，通過(guò)其將所測(cè)結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成弱電信號(hào)，傳輸至電能表，由此可見(jiàn)，如何對(duì)測(cè)量用互感器進(jìn)行選擇萬(wàn)分重要，其好壞直接關(guān)系著測(cè)量結(jié)果。還有一種情況，即畸變信號(hào)從測(cè)量用互感器流過(guò)時(shí)，如果互感器具備了非線性，則對(duì)不同的諧波成分進(jìn)行轉(zhuǎn)換的比例也各不相同，從而導(dǎo)致被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。在這種情況下，計(jì)量的精確度會(huì)大幅度降低，出現(xiàn)很大偏差。

1.2諧波與電能計(jì)量的合理性

當(dāng)前，大致有三種常用的電能計(jì)量方法：一，電能全計(jì)量方式，即電能表準(zhǔn)確地反映實(shí)際功率，就是基波諧波的綜合功率，這也是國(guó)內(nèi)的一種電能計(jì)量方式;二，基波電能方式，即電能表只反映基波功率，不計(jì)諧波功率;三，諧波電能方式，即電能表對(duì)基波功率和諧波功率分別進(jìn)行計(jì)量。

以上三種計(jì)量方式中，第一種方式在我國(guó)比較普及，這導(dǎo)致在諧波作用下，電能計(jì)量的合理性與準(zhǔn)確性不相協(xié)調(diào)。例如，在非線性系統(tǒng)中，受到損害的往往是線性用戶(hù)，不但被諧波功率干擾，還得支付所消耗電能的費(fèi)用;與其不同，作為諧波的制造者，非線性用戶(hù)對(duì)部分基波電能進(jìn)行吸收，并將其轉(zhuǎn)換成諧波輸入電網(wǎng)，這部分的費(fèi)用重?fù)?dān)卻由線性用戶(hù)來(lái)承擔(dān)。存在著很大的缺陷，也必定會(huì)阻礙電網(wǎng)的安全運(yùn)行，減少其經(jīng)濟(jì)收益。

2電力諧波對(duì)電能計(jì)量所產(chǎn)生的具體影響

（1）對(duì)與不同類(lèi)型的電能表頻率進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試，其中感應(yīng)式電能表在2次以上的電力諧波中衰減特性逐漸增大，直到第9次時(shí)，可以衰減掉80%以上;因?yàn)樵诟袘?yīng)式電能表中，其圓盤(pán)渦流路徑等效與圓盤(pán)阻抗角，可以隨頻率增高而去增大然而電子式電能表中，它是呈寬帶響應(yīng)特性的，因此，它的電子表帶寬會(huì)受到互感器頻帶以及乘法器時(shí)鐘頻率的限制。

（2）電力諧波不僅會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的有效軸功率，還會(huì)增大其附加損耗，嚴(yán)重縮短電機(jī)壽命，損害我國(guó)電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全，在電磁感應(yīng)式電能表中，會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)頻率偏移以及諧波的影響而產(chǎn)生誤差，這是由于電磁感應(yīng)式電能表，其設(shè)計(jì)就是按基波來(lái)情況考慮的，當(dāng)負(fù)荷電壓與電流不變時(shí)，其頻率的變化以及電壓線圈阻抗的變化，均會(huì)會(huì)導(dǎo)致其電能表中電壓工作磁通的改變;而且電能表中，也會(huì)由于轉(zhuǎn)盤(pán)阻抗變化，從而引起電流磁通的變化，影響電磁感應(yīng)式電能表測(cè)量的精度。在感應(yīng)式電能表基礎(chǔ)上，改進(jìn)感應(yīng)式電能表電能計(jì)量的非線性數(shù)學(xué)模型，以全能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或者是以基波能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，由于感應(yīng)式電能表誤差頻率特性曲線下降，因此，電能計(jì)量中電力諧波對(duì)感應(yīng)式電能表測(cè)得的電能計(jì)量會(huì)產(chǎn)生較大影響。感應(yīng)式電能表頻率的響應(yīng)曲線，會(huì)隨著頻率增大而增大，因此，感應(yīng)式電能表的電能計(jì)量要大于基波和各次諧波電能的和。

（3）電力諧波是有害而無(wú)利的，當(dāng)非線性用戶(hù)向我國(guó)電網(wǎng)注入諧波功率時(shí)，電力系統(tǒng)中的諧波和基波相迭加，其波形將會(huì)發(fā)生畸變，由于電能表中電壓與電流產(chǎn)生間不能因磁通而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與平均功率會(huì)產(chǎn)生誤差?；ㄔ陔娔苤芯哂兄匾饔?，可以根據(jù)基波電能值來(lái)合理地確定用戶(hù)電費(fèi)情況，不僅可以減少諧波對(duì)電能計(jì)量的損害，還將會(huì)維護(hù)線性用戶(hù)的用電安全。電力諧波是有害的電能，電力諧波會(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)的用電安全，而且電力諧波向國(guó)家電網(wǎng)的傳入也將影響國(guó)家電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)該制定相應(yīng)的措施來(lái)治理電力諧波危害，對(duì)非線性用戶(hù)進(jìn)行相應(yīng)的處罰，維護(hù)國(guó)家電力安全。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)的諧波產(chǎn)生原因的分析，研究了在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)用到的電子式電能表和感應(yīng)式電能表在測(cè)量諧波時(shí)對(duì)電力計(jì)量的影響，得知不同的電力諧波會(huì)對(duì)電力計(jì)量的準(zhǔn)確度產(chǎn)生不同的影響，所以只有分別計(jì)量負(fù)荷消耗的諧波電能與基波電能才是最合適的計(jì)量方式。不論采用數(shù)學(xué)模型，還是實(shí)驗(yàn)法，都是為了對(duì)諧波在計(jì)量電能中產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。而新電費(fèi)計(jì)算方法或者新計(jì)量方法，均是為了減小諧波在電能計(jì)量中的負(fù)面影響。

參考文獻(xiàn)

[1]文俊，涂大石.對(duì)負(fù)載與諧波及電能計(jì)量問(wèn)題的分析[J].電測(cè)與儀表，2010.