谐波对电能计量影响

谐波对电能计量影响（精选10篇）

谐波对电能计量影响 第1篇

关键词：谐波分析,电能计量,电能表

电能计量是电网经济核算的依据, 电能的计量精度关系到电力供需双方的经济效益。在电力系统中的发、输、供过程中, 电能计量, 尤其是高电压大容量的电力系统的电能计量是非常重要的一环。因为它不仅紧紧系着电力生产部门的安全经济运行和直接经济效益, 而且还直接、间接的联系着整个国计民生的经济效益和社会效益。当前, 电力用户对电能质量的要求不断提高, 电力用户已不仅仅关注供电系统电压和频率, 对供电系统谐波的关注也越来越明显。因此, 研究谐波问题十分必要。

谐波的大小、方向、相角都会对波形产生不同程度影响, 谐波功率的大小和方向决定谐波对感应式电能表的误差的大小, 电力谐波的存在, 使得感应式电能表电能计量失准。通过仿真分析, 谐波的存在对电子式电能表的影响很小, 可以忽略不计。

1 谐波对感应式电能表计量的影响

感应型电能表是目前有些农村用户采用的电能计量仪表。这类电能表是按工频正弦波设计制造的, 只能保证在工频范围很窄的频带内具有最佳的工作性能。近年来, 由于电力电子装置的广泛应用, 供电系统中的波形畸变问题也日趋严重。

感应式电能表由测量机构、辅助部件两部分组成。测量机构是实现测量的核心元件, 包括驱动元件、转动元件、制动元件、轴承和计度器, 如图1所示。

1-电压铁芯;2-电压线圈;3-电流铁芯;4-电流线圈;5-转盘;6-转轴;7-制动元件;8-下轴承;9-上轴承;10-涡轮;11-蜗杆;12-回磁极

1.1 驱动元件

驱动元件由电压元件和电流元件组成, 它的作用是将交变的电压变为穿过转盘的交变磁通, 并与其在转盘中感应的电流相互作用, 产矩, 使转盘转动。电压元件包括电压铁芯和电压线圈, 绕在电压铁芯线圈在被测电压所接入的线路上与负载并联, 所以称为并联电路或电电流元件由电流铁芯和电流线圈组成。绕在电流铁芯上的电流线圈由测电流所流过的线路中与负载串联, 所以又称为串联电路或电流线路。

1.2 转动元件

由转盘和转轴组成, 能在驱动元件所建立的交变磁场作用下连续转动。

1.3 制动元件

由永久磁铁及其调整装置组成。永久磁铁产生的磁通被转动着的时与转盘中所产生的感应电流相互作用形成制动力矩, 使转盘的转动测功率成正比。调整装置是为了改变制动力矩大小而设置。

1.4 计度器

计度器又称积算机构, 用来累计转盘的转数, 以显示所测量的电能。感应式电能表只在工频附近很窄的频率范围且电压、电流为正弦波条件下才能保证最佳的工作性能。大量的研究结果表明, 当系统中电压、电流波形因各种原因偏离正弦有畸变时, 感应式电能表的测量准确度将下降。这主要是因为在负载上当基波电压、电流不变而又含有谐波时, 电能表电压线圈阻抗和转盘阻抗都会变化, 导致电压工作磁通和对应的电流磁通变化, 从而影响电能表的计量精度。同时, 当存在谐波电压与谐波电流时, 由谐波和基波叠加而成的电压、电流波形发生畸变, 但由于对应铁芯导磁率的非线性, 磁通并不能相应的成线性变化。根据电路原理, 只有同频率的电压和电流相互作用才产生平均功率;同样, 根据电磁感应式电能表的工作原理, 只有同频率的电压、电流产生的磁通相互作用才能产生转矩, 畸变的波形通过电磁组件以后, 由于磁通不与波形对应变化, 导致转矩不能与平均功率成正比而产生附加误差。

2 谐波对电子式电能表计量的影响

同感应式电能表的运行条件相似, 从理论上讲, 电子式电能表对不同的被测信号的波形响应也不同, 相应产生的误差也有差别。大量的研究结果表明, 当构成功率的电流信号产生畸变时, 随畸变程度的不同, 电子式电能表出现测量误差大小也不尽相同。

当电压、电流两信号波形都偏离正弦有畸变时, 对基于数字乘法器构成和基于时分割乘法器构成的具有计量谐波功率功能的电子式电能表的测量误差虽然在其精度范围内, 但是也带来了很大的误差。

应当指出, 在测量电量时, 电网电压、电流要经测量用互感器转换成弱电信号后才送入电能表, 因此测量用互感器的准确度直接影响着测量结果的准确程度, 如果测量用互感器存在非线性, 当畸变信号经过互感器时, 互感器对各次谐波成分的转换比例就不一致, 从而使被测信号发生变形。在这种情况下, 测量误差会很大。

对于其他类型的电压互感器如电阻分压器, 则只适用于电压小于1KV的谐波测量;纯电容分压器的误差主要由对地的杂敞电容引起, 与频率无关, 因此可对谐波精确测量, 即波形不失真;但是对于大多数型号的电容式电压互感器 (CVT) 的幅频特性和相频特性都较差, 不能满足测量谐波的要求。

参考文献

[1]许克明, 徐云, 刘付平.供电系统高次谐波[M].重庆大学出版社, 1991.

[2]戚良娣, 郭嘉琳, 陈根永.感应型电能表在畸变波形下的数学模型[J].中国电机工程学报, 1993.

电能计量的谐波问题分析 第2篇

【关键词】电力企业；电能计量；谐波

【中图分类号】TM9 33.4 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0027-01

一、电力计量产生谐波的原因与测量方法

1、发生谐波污染原因

电力系统中发生谐波潮流主要是因为如下原因：

首先，发电的电源质量不高导致发生谐波：发电机因为三相绕组的生产和制作上非常难以保证其结构绝对对称，三相绕线的铁心没有办法保证绝对均匀及其他一些发电机自身的原因，使得发电源在发电时产生少量谐波。

其次，传输和配电系统会发生谐波污染，传输和配置电力的系统中多半是因为电力变压器而发生谐波。因为变压器铁心已经饱和，磁化曲线呈现非线性变化，再加上变压器在设计阶段因过分考虑其成本，变压器的工作磁密在采用接近于磁化曲线的饱和段，使得磁化电流的变化以尖顶波形变化，其中含有奇次谐波。变压器铁心越饱和，变压器的工作点非线性越远，谐波污染就越严重。

最后则是用电设备发生谐波污染，而且多是晶闸管整流设备。因为晶闸管整流应用在电力系统机车、铝电系统解槽、充电系统装置等多方面得到了越来越普遍，所以带给供电网络产生大量谐波。若品闸管整流系统是单相整流电路的，在联结感性负载的时候，一定会包含奇次谐波电流，其中3次谐波达基波的三成；联结容性负载的时候，包含奇次谐波电压，它的谐波含量与电容值的正向增长。实践证明明，经由整流装置发生的谐波占全部谐波的四成，成为最大的谐波污染源。

2、谐波测量方法

测量谐波是用以解决谐波问题的前提，测量谐波是研究、分析谐波产生问题的重要参考。经由测量谐波，能够实时监测供电网络中的谐波含量及走向，以此为基础谐波流向，计量不同的方向的谐波电量、不同谐波含有率、电压幅值、电流幅值及相位等参数，为电力企业制定对应的谐波治理措施提供实用的依据。

一般来说，谐波的特征为非线性、不平稳性、随机和分布复杂等，所以测量谐波要想做到准确相对会困难些。现在电力谐波的测量一般方法有：选取模拟带通滤波器测量或者是带阻滤波器来测量谐波；以傅立叶变换为基础测量揩波；以瞬时无功功率为基础测量谐波；以神经网络为基础测量谐波；选取小波方法测量谐波。以上方法各有特色，但基于傅立葉变换的、测量谐波，是目前分析谐波测量应用最普遍的一种测量方法。

二、电能计量的谐波影响

1、电磁式电能表的谐波影响

旧式的电磁电能表是根据工频正弦波制造来完成的，这类电能表只可以确保在小幅度变化的工频范围频带内才能发挥最佳工作性能，如果电力系统波形畸变，这类电能表会发生计量错误，产生误差。随着电网谐波不断变多，电能质量的要求会淘汰电磁式电能表。

分析电磁式电能表的计量原理，得出电磁式电能表处于谐波条件下计量电能通常无法正确说明用户实际的使用电量：

（1）用户是线性用户，谐波与基波的方向达到一样，电能表计量的是基波和部分谐波所和的电能，计量比实际量偏大。线性用户既要受到谐波污染还要为此多交电费。

（2）用户为谐波源用户，用户自身消耗谐波外，还输送电网谐波量，输送的谐波潮流和基波相反，电能表计量的是基波电能减去谐波电能，计量值比实际值偏小。用户发生谐波污染电网，反而少交电费。

2、电子电能表谐波影响

电子电能表在城市电网应用得较普遍，我国电子电能表多是选取模拟式分割乘法器完成计量电功率和计量电能。随着谐波危害断增加，电子电能表计量电能也会产生误差。

3、数字电能表谐波影响

数字电能表是电子电能表的发展换代，它以数字乘法器，采用转换器把电压与电流数字相乘，测量准确度高。数字式电能表一般在一定周期内采样处理电压信号和电流信号，系统频率波动时，采样周期与实际信号无法实现同步，就会产生频谱泄漏，电能计量发生误差。

三、合理选择电能计量方式

现在，一般电力企业计量电能是在小区内都选用集中抄表方式；大工业用户及普通工业用户选取多功能的电子电能表；一般居民用户及非工商业的大电量用户选取感应式电能表。

国家发改委明确规定，电能计量针对不同的用户实行不同的电价，选用电能表只是说明基波功率而完全不计较谐波功率的计量方式。这样情况下，对于电力企业及线性用户而言，虽是受到谐波污染的一些影响，但却付费上避免因谐波功率的额外损失；针对非线性用户而言，则是虽全部支付了基波电能费用，但无法补偿电力系统的谐波污染产生的损失，所以不同用户不同电价相对科学、合理。

参考文献

[1]李科.谐波对电能计量影响研究[J].现代商贸工业.2010（03）

谐波对电能计量的影响及其治理 第3篇

根据理论分析与实验证明, 互感器的频响特性和互感器的精确等级有关。 电流互感器 (TA) 在1k Hz的范围内幅频特性是平坦的, 当频率低于20k Hz时, TA的幅度误差小于3%。 但对电压互感器 (TV) 测试表明, 当互感器的负载电阻为100 时, 各类电压互感器幅值误差达到3%的频率为1~6k Hz。 而且对奇次谐波而言, TV变比误差随谐波次数增加而非线性地增大, TV的负载对其频响特性的影响无明显规律; 对偶次谐波而言, TV变比误差的非线性增加比奇次谐波时更快。

2 谐波对感应式电能表的影响

感应式电能表是针对非常狭窄频率范围的正弦电流和电压波形而设计的。 当频率与额定频率不同时, 会引起电流、电压工作磁通幅值及它们之间相位角的改变, 使驱动力矩、抑制力矩、补偿力矩及铁芯损耗发生相对变化, 从而引起感应式电能表计数误差的变化。 感应式电能表频响曲线的平坦与否, 对它在谐波功率下的计数影响甚大。 频响特性曲线下降的原因是感应式电能表转盘涡流路径的等效转盘阻抗及其阻抗角随频率增高而增大所致。 当电压和电流均发生畸变时产生了谐波功率, 感应式电能表基本上忽略了5 次以上的高次谐波功率。 感应式电能表少计量3 次谐波功率5%~30%、5 次谐波功率80%~95%。 值得注意的是, 谐波功率的潮流对感应式电能表的计量有很大影响。 感应式电能表计量的电能值为:

式中:E1、Eh的符号可正可负, 由实际潮流方向确定, c1、ch为相应的基波、谐波的系数。 c1=1、ch≤1, 且随谐波次数的增加而减小。 由式 (1) 可见, 对于线性用户, 基波和谐波潮流一致, 感应式电能表少计量了用户消耗的电能, 但计量的电能仍大于基波电能;对于非线性用户, 用户自身向电网输送谐波分量, 谐波潮流与基波潮流相反, 感应式电能表计量的值大于用户消耗的电能而小于用户所消耗的基波电能。

3 谐波对全电子式电能表的影响

目前所采用的全电子式电能表, 其计量原理都是对电压、电流瞬时值进行采集积分。 因此, 当谐波存在时, 只要测得的读数在误差允许范围内, 可认为是基波和谐波有功电能的代数和。 全电子式电能表的频响特性曲线相对平坦, 可近似认为无衰减, 其对谐波功率的响应和对基波功率的响应基本相同。 分析表明, 全电子式电能表把基波功率和谐波功率一同计量, 在谐波存在情况下其计量误差比感应式电能表的误差要大。

4 谐波的综合治理

4.1 滤波器治理方法

谐波预防措施主要有2 个: 一个是选用谐波电流小的设备;另一个是对谐波电流进行治理。 如果没有满足相应谐波限制标准的设备, 就要附加谐波治理设备。最简单的方法就是在谐波源负载处安装谐波滤波器, 下面介绍滤波器的选择方法。

(1) 设备级滤波器的选择:建议选择无源滤波器, 因为无源滤波器的成本低, 可靠性高 (要求高于谐波源设备) 。 设计良好的无源滤波器能够保证THD<8%, 并且在80%负荷条件下不会发出容性无功。 如果谐波源的负荷工况大部分场合低于50%, 无源滤波器会产生容性无功, 这时可以考虑有源滤波器。 采用有源滤波器时, 要选择电磁兼容特性良好的, 因为有源滤波器的工作原理类似于变频器, 输出以PWM电压波形为主的能量, 如果没有经过良好的电磁兼容设计, 会向电网注入较强的射频干扰, 形成新的干扰。

(2) 分配电柜 (盘) 级滤波器的选择:建议选择有源滤波器, 因为母线级的无源滤波器会产生较大的容性无功, 而整流电路并不需要补偿容性无功功率。

(3) 主配电柜 (变压器下端) 滤波器的选择:根据实际情况决定用有源滤波器还是无源滤波器。 如果系统需要补偿无功功率, 可以采用无源滤波器, 一举两得。 如果系统不需要补偿无功功率, 选择有源滤波器。 当然, 也可以将两者结合起来, 获得最高的性价比, 具体方法需要根据项目进行论证。

谐波综合治理的目的是以最低成本获得最高的效益。 这里, 最高的效益是从企业和电力公司2 个角度来衡量的。 过去, 企业从事谐波治理是被动的, 也就是说, 是单纯为了满足供电企业的要求而采取谐波治理, 但这样做实际上是为了保证大多数企业的用电利益。 基于上面的理念, 谐波治理应尽量在下游进行, 这样企业内部电网获得效益最高, 而当内部电网改善后, 供电企业所关注的公共电网的质量自然就得到了保证。

4.2 综合治理方法

在谐波源上进行谐波治理的优点是显然的。 由于消除了谐波源, 原来的配电系统就像工作在传统的线性负载条件下, 没有任何隐患, 制造系统几乎没有由于电压畸变导致的电磁兼容性风险。 作为设计人员, 无论进行配电系统的设计, 还是进行制造系统的设计, 都可以按照传统的规范进行设计, 而不用考虑谐波带来的种种风险。 虽然在非线性负载的电源入线端治理谐波是最好的方案, 但是这种方案可能成本较高, 根据实际系统情况, 可以采用灵活的方案, 也就是综合治理。

(1) 对于功率较大 ( 例如22k W以上) 的谐波源 ( 变频器、UPS及中频炉等) , 在这些设备的电源入口处治理。

(2) 在分配电柜, 根据谐波电流的大小, 决定是否需要采取治理, 如果谐波电流畸变率超过20%, 建议进行治理, 使其达到10%以下。

(3) 在总配电柜 (变压器的下端) , 根据谐波电流的情况, 决定是否需要进行治理。 通常, 以供电企业的标准作为依据, 如果谐波电流超过标准要求就进行治理, 否则不用治理。

5 结束语

互感器对电能计量的影响分析 第4篇

【关键词】互感器;电能计量;影响;误差

引言

电能是当前生产生活的重要能源，电能的计量直接关系到使用电能的人群的利益。由于用户使用的电能往往电流较大或电压等级较高，故一般通过电流互感器/电压互感器将大电流/电压转化为较低的电流/电压，再连接至计量表计。这种连接方法有利于保证计量表计等设备的安全性和规范性，给表计的选择、使用带来了极大的方便，但也相应地出现了一些问题，本文即对此展开分析和研究。

1.互感器的工作原理

电流互感器、电压互感器是互感器的两种类型，是电能计量中的信息源。互感器的作用主要有3个方面：（1）保障电力系统中一次系统和二次系统隔离;（2）将数值较大的电压/电流转变为较小的电压/电流;（3）标准化，即将不同电压等级、不同大小电流都转化为标准的电压和5A、1A电流，以方便使用。

互感器的结构和原理与一般变压器相似，由两个闭合绕组（一次绕组、二次绕组）组成，绕组匝数分别为N1、N2。其中电压互感器与普通降压变压器特性相似，一次绕组与电网并联，二次绕组并联于二次设备的电压线圈，电压线圈的阻抗很高，二次回路相当于开路。运行中，需要防止二次回路短路，因此往往设置熔断器、断路器等防短路元器件。电流互感器的一次绕组与电力设备串联，二次绕组与二次设备（如电能表）的电流线圈串联，电能表的电流线圈内阻很小，所以电流互感器相当于二次短路运行的变压器。电流互感器磁通密度设计一般在0.08～0.1T范围内，磁损耗小。正常运行时，用来建立磁场能量的激磁安匝数也相应很小，漏磁安匝数在一次安匝数中所占比例也很小，大约占到0.3%～1%。激磁安匝的主要作用是在鐵芯中建立磁通，以保证能量顺利从一次侧传递到二次侧。

互感器设备是电能计量中非常重要的一环，只有保障电压/电流顺利地从一次侧传递到二次侧，且一次侧电流与二次侧电流在比例/相位上具有一致性，才能确保计量的准确性。因此，电流互感器及其二次回路对于电能数值计量的精确性有着巨大的影响。

2.电流互感器对电能计量的影响

2.1 电流互感器励磁产生的影响

电流互感器首先需在互感器铁芯内建立磁场，这样方能保障电流的正常传递。建立磁场的这部分消耗称为铁芯磁耗，对应为励磁安匝，因此，电流互感器误差的主要原因便是励磁安匝。电流互感器的误差包含比值差（f）和相角差（δ），与外界阻抗、铁芯特性都有关系。由于电流互感器的特性，只有二次负荷控制在额定负荷的25%～100%，才能基本保证准确性，而二次负荷在30%～60%之间，才能使电流互感器的性能实现最优，从而有效减小检测误差。

2.2 共用绕组产生的误差

共用电流互感器的二次绕组，如继电保护和计量表计共用一个电流互感器，则可能导致较大的误差，这是由于二者的特性不同。保护用电流互感器对正常运行时的精确度要求不高，

而对故障发生时的准确性要求较高，如要求抗饱和性能高等。计量用电流互感器则对正常运行时的精确度要求很高，最典型的表现为，用于保护的电流互感器一般标为P级，即ProTecTioN继电保护级，而计量用电流互感器往往采用S级，即精确度较高的SpeciAl特殊级。

2.3 电流互感器选型导致的误差

实际运行中，由于负荷电流不断变化，难以保证其一直在准确的范围内，当负荷电流变化幅度较大或者长期在负荷水平较低或较高的工况下使用时，则会造成电流互感器误差较大，从而产生较大的计量误差。这种情况主要是由电流互感器变比选择不当造成的。如负荷水平长期较低，则需要选择变比较低的互感器;如负荷水平长期超过额定负荷，则表明互感器选择不当或者运行过程中负荷增加，需要提高互感器的变比。

2.4 电流互感器接线带来的误差

电流互感器的特性决定了其二次负荷要保持在较低的水平，如果电流互感器的二次负荷较高，如二次回路线径较小、线路过长、连接阻抗较大等，会导致励磁电流变大，误差增大。因此，在使用过程中，计量回路一般要求使用4mm2的导线，以尽量避免线径过小导致的误差，从而提高计量的准确性。将三相三线电能表用于测量三相四线电能时，由于三相负载存在不平衡，即三相电流幅值不等或者相位不满足对称，则中性线有电流存在，会产生附加误差。

3.电压互感器对电能计量的影响

3.1 共用绕组产生的误差

实际应用中，由于电压互感器数量不足，特别是在老旧变电所的改造过程中，出于节约成本或改造方便的需要，在增加二次设备时，常常利用原有电压互感器甚至原有二次回路，这种改造难免会发生共用绕组、共用电缆的情况。由于不同的二次设备对于互感器的精度要求不同，将保护用电压互感器或普通互感器用于计量，不可避免地会带来误差。

3.2 二次断线带来的计量损失

电压互感器二次断线所产生的影响不应归为误差，而应归类为计量错误或计量损失，其远远超过误差的范畴。当二次设备、二次回路出现短路、过负荷等情况时，二次回路的熔断器或断路器会断开，以保障二次回路和二次设备的安全。但回路断开会导致计量仪表失去电压，从而无法计量，因此这段时间内使用的电能会在计量仪表中缺失，从而导致计量损失。

4.避免影响的几点建议

（1）选择使用性能稳定的互感器。由于互感器是电能计量的信息源，其性能是否稳定，直接关系到计量的准确性和可靠性，故选择性能稳定的互感器成为了保证计量可靠性的基础。

（2）根据计量负荷的大小合理预测和选择电流互感器的变比。电流互感器的变比应依据过往的计量和统计情况，对未来负荷情况进行分析，或考虑到未来计量发展的情况，综合分析后进行选择，以尽量避免由于电流互感器变比选择不当导致的误差。

（3）根据用电量的多少合理确定检定周期。对于可能出现的误差，只有在检测时才能发现。进行检测时，需要考虑可能出现的状况，并根据过往的计量情况进行分析，查找出可能出现问题的互感器或表计，及时检测并发现、解决故障。

（4）尽量避免共用互感器。不能将用于继电保护的电流互感器和电能计量的电流互感器混用，否则会因继电保护的要求影响互感器的准确性，最后影响电能计量。用户为了更精准地测量电量，必须配置计量专用的电流互感器。

5.结语

近年来，在经济快速发展带动下，电能得以更加广泛的应用，这就对电能计量的准确性提出了更高的要求，为了确保电力企业与电能用户的合法权益能够得到保障，则需要电能计量管理人员更深入的对电流互感器的核心内容进行了解，并对其在电能计量中的影响因素进行深入剖析，确保电能计量的精确性，从而有效的提高电力企业的经济效益，加快电力企业的健康、稳定发展。

参考文献

[1]詹发军，霍剑.电压互感器二次回路压降影响电能计量的原因及改善措施[J].新疆电力技术，2008（4）：26-28.

谐波功率因数对电能计量的影响 第5篇

1 电网系统内的谐波功率因数

电网系统受到谐波功率因数的影响比较大,尤其是电能计量方面,增加电网运行及供电的负担。电网系统内存在不同程度的谐波,谐波主要来源于电子装置,因此成为影响电能计量的一项因素。谐波功率因数具有理论性的计算方式,也是谐波功率因数计算的主要支持,谐波功率因数可以按照电压畸变为计算依据,以新用户的谐波计算为前提,控制谐波功率因数在上限范围内,用于排除谐波功率因数对电能计量的影响。谐波功率因数对电能计量的影响比较大,增加电网系统的运行负担,属于电力企业运营中的一项弊端,电力企业应积极控制谐波功率因数,防止其在电能计量方面的干扰,确保电能计量的准确性。

2 谐波功率因数对电能计量的影响

以电磁感应电能表仪器和全电子式电表仪器为例,分析谐波功率因数对电能计量的影响,具体如下 :

2.1 谐波对电磁感应电能表的影响

电磁感应电能表通过计量客户在电网系统内的用电基波,按照基波流量计算出用电客户的电能消耗。电网系统的基波内,容易混入谐波分量,影响基波的准确运行,此时电磁感应电能表仪器会随着谐波的变化而发生变动,尤其是线圈和圆盘的阻抗,均会出现变动,导致电磁感应电能表的计量出现误差。电网系统内各类电子设备逐渐增加,致使电网系统的基波与谐波相互混合,经过不断的叠加后会出现畸形波,其在电磁感应电能表周围形成非线性的电波干扰,电能表不能准确的反应客户的用电量。

电磁感应电能表计量电能时,需要获取电网系统基波的平均值,需要整个电网系统内具有电压、电流同频的条件,但是电能表受到谐波功率因数的影响,无法保障内部器件的准确性,部分电磁器件出现明显的磁通变化,不符合电能表计量的比例关系。由此可见 :谐波功率因数在电磁感应电能表计量时,造成多种频率的叠加电压、电流,而电能表不能计量谐波功率因数,电能计量受到很大程度的影响,产生明显的计量误差。

2.2 谐波对全电子式电能表的影响

全电子式电能表在电能计量中,主要是利用实时采集的方式,及时采集客户的用电信息,包括电压信息和电流信息两类,再由全电子式电能表内部的电路进行处理并反馈,最终以脉冲的方式显示并输出。按照理论的方式分析,全电子式电能表具有准确计量电能的能力,电能表利用内部的处理结构,全面采集正弦变化的电能,计量电压与电流的瞬时值,科学的记录电网系统中的负载,计算谐波功率与基波的平均值,即可得出准确的电能计量数据。实际此类电能表直接受到谐波流向的干扰,但电能表计量中的谐波与基波呈现相反的流向时,谐波功率会流回电网系统内,电能表计量的电能属于会小于实际消耗的数值,电能表记录的是谐波与有功功率的总和,记录的数据要低于负载基波,出现了计量误差。电能计量中的全电子式电能表容易受到外界环境的干扰,如温度、负荷等因素,不利于电能的准确计量。

3 基于电能计量谐波影响的控制方式

电力企业为保障电能计量的效率和质量,需全面管控谐波功率因数,规避其对电能计量的影响,改善电能计量的环境。结合谐波功率因素对电能计量的影响,分析谐波功率因数的控制方式,如下 :

3.1 管理控制

谐波功率因数的管理控制方式有 :(1)构建谐波控制体系,实现基础的谐波功率控制,降低谐波功率因数对电能计量的影响程度 ;(2) 落实谐波控制工作,谐波功率因数控制属于电力企业工作的重点,同时也是电力企业的责任,通过谐波控制为用电客户提供精准的计量,一方面维护用电客户的利益,另一方面保障电力企业的经济效益 ;(3) 定期测量电网系统,发现电网系统内谐波产生的原因,着重监督谐波功率因数较大的电网,有效防止谐波造成的污染,确保电能计量的准确度 ;(4) 电力企业安排人员审核入网的新设备,监督新设备的负荷变化,评估新设备在电网系统及电能计量中的影响,测量新设备是否存在谐波功率因数,一旦检测到超出正常范围的谐波功率因数,应立即采取解决措施,防止此类设备并网运行,排除谐波功率因数对电能计量的干扰 ;(5) 找出用电客户在谐波功率因数方面的责任,要求用电客户遵循用电协议,避免用电客户自身引起谐波污染。

3.2 技术控制

技术控制是预防谐波功率因数影响电能计量的一项措施,具有根本性的防护方式。分析谐波功率因数中的技术控制,如 :(1) 按照谐波功率因数中的非正弦理念,更换潜在谐波影响的电能表,可选择数字化电能计量的方式,改善电能计量的环境,规避畸变电流引起的谐波危害 ;(2)在谐波功率因数比较大的电网内,安装滤波装置,降低电网系统内的谐波含量,最大化的提升电能计量的准确性,保障电能计量的精准度。

4 结束语

谐波功率因数对电能计量的影响比较大,导致电能计量无法保持精准的状态,在很大程度上影响电力企业的经济效益。电力企业非常重视谐波功率因素对电能计量的干扰,致力于通过有效的谐波控制测量,规避谐波功率因数对电能计量的影响,体现准确的计量优势,满足电力企业及用电客户对经济效益的需求,进而完善电力企业的运营环境。

摘要：电能计量是电力企业运营中的一项主要内容,随着电网系统规模的逐渐扩大,电能计量面临着精确度的干扰,尤其是电网系统内的谐波功率因素,直接干扰了电能计量,更是降低电能计量的准确性。谐波功率因数对电能计量的影响,降低电力企业用电服务的水平,因此,本文通过对谐波功率因数进行研究,分析其对电能计量的影响。

电力谐波对电能计量的影响与思考 第6篇

1 电力谐波对电能表产生的主要影响

1.1 谐波对感应式电能表产生的影响

机械式电表是由驱动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器和辅助部件组成, 是由交变电压和电流穿过电表转盘产生驱动力矩使之转动带动计数器字轮转动显示电量的, 电流小时受摩擦阻力影响、电流大时受惯性影响, 即使通过多种补偿调整, 误差仍只能保证在±2%以内[2]。感应式电能表的设计是以交流电基波作为基础的, 电能表在计量时主要通过磁感应使得驱动元件产生力矩带动计度器计量电能, 当系统存在谐波或用户用电设备产生谐波时, 加在电能表上的电流、电压是谐波与基波进行叠加后发生畸变的电流和电压, 在驱动元件所产生的磁感应也随畸变的电流、电压而不均匀, 使得驱动元件上产生力矩突变, 从而影响电能表的误差, 所以谐波对感应式电能表 (机械表) 的误差影响较大。

1.2 谐波对电子式电能表产生的影响

目前随着智能电网建设加快, 现代电子式电能表主要以智能电能表或多功能电能表为主, 其结构由计量芯片、微处理芯片、通讯模块等部件组成, 除具有精准的计量功能外, 还具备本地和远程通信 (及时、完整、准确获取用户用电信息) 、远程停送电、异常报警、信息传输与交互等功能。电子式电能表是基波和谐波叠加量为基础来计算电能, 对线性用户来说, 它计量的电能为基波电能与谐波电能之和, 谐波不仅有害, 且其电能计入了谐波电量[3];而对非线性用户来说, 产生谐波并将一部分送入电网, 此时电能表计量的是基波电能与谐波电能之差, 非线性用户产生的谐波不仅污染电网, 还少计了电能。电子式电能表虽说克服了感应式电能表因机械转动、元件磨损、倾斜度等的影响, 但也有不合理之处, 目前主要是通过电能取样的区间频率分析, 改善电能信号处理的方法, 使谐波在计量中有被检测, 并能进行二次和多次谐波的计量。

2 减小电力谐波解对电能计量影响的思考

针对电力谐波对电能表这一主要计量装置产生的不良影响, 我们可以思考从以下几方面来减小其影响。

一是加大谐波监测和治理力度。对现有电网和主要谐波源加以重点监测, 在有谐波源接入的变电站安装电能质量实时监测装置[4], 组建谐波监控系统, 实时分析掌握电网谐波情况, 根据谐波污染情况及时治理;科学规划, 避免谐波源一点接入, 可研和规划设计严把准入关, 对于想经高压接入电网的谐波含量超标的用户一票否决;严把业扩报装关口, 严格审核用户负荷性质, 对于非线性用户必须在方案中明确谐波抑制措施, 且不通过验收不予接电[5]。

二是科学确立电能计量方案。针对谐波源用户来说, 远离谐波源设置计量点, 对于产生谐波较重的电厂或用户, 尽量选择谐波小的线路端作为关口计量点, 降低谐波对计量装置的影响;选用高精度、高稳定性和高可靠性的多功能电能表作为关口计量表。

三是进一步研究谐波解决方案。电气化铁路建设、风电和光伏发电等项目建设加快, 电网污染也越来越严重, 寄希望于有更好的谐波治理解决方案出来;希望电能计量装置特别是电能表在合理计量谐波电量和抗谐波计量方面有更大科技进步。

3 结束语

电力谐波是由于电网中电力设备所产生的, 是不可能完全避免的问题, 它作为一个不可完全消除的因素, 给电能计量带来了较大的不良影响, 因此供用电双方均应关注如何科学合理地对电力谐波进行控制。这也要求科技人员不断进行相关技术的研究与创新, 克服与减少电力谐波给电能计量造成的不良影响。

参考文献

[1]张志南.电力谐波对电能计量影响的分析与探讨[J].电子世界, 2014, (14) :147-148.

[2]杨振杰.配电网电力工程中的技术问题分析[J].南方农机, 2015, 46 (1) :85-86+88.

[3]刘座铭, 吕项羽, 常学飞, 等.电力谐波对电能计量的影响及治理措施[J].吉林电力, 2013, 41 (2) :32-34.

[4]魏方兴.刍议电力谐波对电能计量影响[J].中华民居 (下旬刊) , 2013, 6 (11) :158.

谐波对电能计量的影响及其仿真分析 第7篇

关键词：谐波,仿真分析,功率因数

随着我国科技的不断进步, 在电力学上的成就十分显著, 社会基础电力也在已经大面积普及, 但是在电力普及的过程中, 涉及到了电能计量的问题, 各种电子装置在接上电网后, 这些非线性负载会使得电网内部的电压、电流等发生一定的畸变, 这种畸变会产生大量的谐波, 对电网造成较大的灾害, 使得各类电器设备发生损耗, 还会对电能计量造成一定的影响。在传统的电能计量方式中, 是没有考虑到谐波对于电能计量装置的影响的, 目前在这种情况下, 谐波电能所消耗的电能会从非线性负载所消耗的基波电能中扣除掉, 这是不甚合理的方法, 长此以往, 难免造成较大的损失。本文研究了谐波的产生方式并分析了谐波对于各种电能计量装置的影响。

1 谐波产生的机理分析

谐波产生的主要机理是由于在正常的电网中, 当接入非线性负载时, 电网在红的正弦式电流会由于非线性负载的消耗而分为两部分提供给负载使用, 一部分是非线性负载的正常使用时消耗的电能, 产生的功率我们称为基波功率, 另一部分是非线性负载产生谐波所消耗的电能, 产生的功率我们称为谐波功率, 这两部分功率共同组成了非线性负载所消耗的功率, 而经过理论分析表明, 谐波功率是一个负值, 也就是说谐波功率所消耗的电能是非线性负载所吸收电网基波电能的一部分, 在进行电能计量的过程中, 我们所使用的电能表是无法分析基波电能所造成的影响的, 所以就造成了电能表的计量不准确。谐波功率不仅会造成电能计量的不准确, 同时其功率的负值反馈到电网内部, 会使得原本的正弦式电压或电流发生变化, 对整个电网造成极大的影响, 我们通常称谐波功率所产生的影响为谐波污染。

2 谐波对于电能计量装置的影响分析

2.1 谐波对于感应式电能表的影响

目前来看, 我国广泛使用的电能表分为两类, 电子式电能表和感应式电能表, 谐波对于这两种电能表所产生的影响方式也是不同的。感应式电能表通常应用于测量较为狭窄的频率范围内电能的变化, 谐波对于感应式电能表造成的影响主要是, 谐波产生的功率会作用在电网上, 感应式电能表接收到频率信号会由于谐波功率而发生变化, 使得感应式电能表的磁通量发生一定的变化, 使得电能表内部的电流、电压随之发生变化, 感应式电能表的表盘仪器会受到这种影响, 造成较大的变化, 从而导致电能表的计量发生影响。在对感应式电能表进行多次测试实验显示, 谐波频率对于感应式电能表造成的影响是成正比变化的, 所以谐波频率越大, 计量误差也就会越大。

2.2 谐波对于电子式电能表的影响

电子式电能表不会受到谐波频率所造成的磁性影响, 其内部构造对于电路的要求较小, 但是当谐波频率炒货1k Hz时, 谐波频率所造成的影响就会难以忽视, 所以在应用电子式电能表计算总电量时需要将1k Hz以内的谐波频率所产生的电能加上, 即E=E1+∑En。从谐波对于两种电能表所造成的影响方式可知, 我们在具体的使用两种电能表的过程中, 其实都有条件将谐波功率计算在内, 分别进行增加或减去谐波的电能En, 在一定的频率范围内, 通过这种方式计算的E却是为实际意义上的非线性负载消耗值, 我们面对的最大问题在于, 谐波功率为负值, 我们所通过计算得到的电能结果是比实际要小的, 而非线性负载产生的谐波作用于电网当中, 不仅不会产生正面的影响, 反而会对整个电网中一部分电路、电压造成影响, 破坏电网整体的稳定性, 造成更大的谐波影响, 所以用户在这种情况是处于有利地位而忽视谐波造成的整体影响, 因此要对电能计量的方式进行改变。

3 电能计量仿真分析

为了验证理论上谐波对于电能造成的影响, 我们采用不同的电能计量表进行了谐波干扰测试, 并使用EMTDC软件对一个典型的波源进行定量分析, 从而非线性负载所产生的基波频率与谐波频率对于电能计量的具体影响。根据得到的仿真图进行分析可以得到, 通过仿真后进行电流通过测试, 观察在电路接入负载后所产生的电流变化以及电压变化, 将电流与电压的变化记录下来, 在EMTDC软件对电流与电压的情况进行频谱分析, 并计算在整个变化过程中的基波功率与谐波功率, 通过E=E1+∑En可以得到总消耗的电能, 再通过观察电能表的数值进行对比分析。根据统计的资料可以得到, 当不同频率的谐波产生的功率都是与基波功率相反的, 这也就验证了谐波功率所产生的是负作用的猜测, 我们在试验中得到某个时间点基波功率为24.04587k W, 而通过电能表的计算功率为23.7764k W, 仿真计算得到了与实际应用过程中相似的结果, 其差值即为谐波所产生的功率, 也就是在实际生活中, 如果负载所产生的谐波功率越大, 电能表最终的误差也会越大。

4 减少谐波对于电能计量影响的参考性建议

根据我们的理论分析以及仿真分析可以得到, 谐波所产生的负功率不但会造成电网中电压与电流的不稳定, 还会对电能计量造成极大的影响, 在我国大力建设电网的时代背景下, 这种负载所造成的谐波污染会不断累积而严重影响我们的电网质量, 针对这种情况, 我们是必须要对当前的电能计量方式进行改进。由于谐波对于电能表的影响是不可改变的, 在实际生活中的应用中, 我们可以三种计量方法:第一种方法是用电能表记录基波与谐波的综合值, 第二种方法是电能表只记录基波电能, 不记录谐波电能, 第三种方法是用两个电能表分别记录基波电能与谐波电能。这三种计量方式可以分别应用在生活的不同方面, 比如第一种方法由于谐波所产生的电能的负值性, 在生活中大面积使用这种方法会造成巨大的电能亏损, 所以我们在这种情况下可以采用第二种只记录基波的方法式, 通过调整电费来弹性取消这种影响, 而对于工厂等用电单位, 当然采取分别记录谐波与基波的方式较为适合。

5 结论

本文从理论与仿真上对于非线性负载所产生的谐波对电能表计量造成的影响进行了具体的分析。我们在详细分析后, 可以确定谐波的产生会与基波实际电能相互抵消, 造成电能表计量较小的情况为了我国电网的正常发展, 就必须采取一定的方法来减少谐波造成的影响。在实际生活中针对不同的场合采用不同的计量方法, 这是目前最为稳妥的方案, 当遇到高功率的非线性负载时, 分别计量虽然复杂, 但是确实最为合适的。

参考文献

[1]吕润余.电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出版社, 1998.

[2]张直平, 李芬辰.城市电网谐波手册[M].北京:中国电力出版社, 2001.

谐波对电能计量影响 第8篇

谐波在国际标准的定义为:“谐波是周期性的电气量的正弦波分量, 他的频率是基波频率的整数倍”, 人们也经常把谐波称之为高次谐波, 把谐波次数定义为:“用谐波频率和基波频率之比表达的整数”。

2 谐波产生的过程

谐波产生的根源在于谐波电流源, 传统电网中谐波源多为变压器和发电机产生, 由于电网中电子元件设备的广泛应用。在实际的应用中, 正弦电压在非线性电子设备中的使用, 使得设备中电流与电压存在差异, 电流波形随之也发生变化, 形成谐波源。造成上述情况的主要原因有以下几方面:

2.1 发电机电源的质量不高

因为发电机自身结构上的缺陷, 使得发电机不可能有对称性, 由此其电源会产生少部分谐波分量。

2.2 输配电系统产生谐波

在电网的系统中也会造成谐波, 主要原因是因为电力变压器所产生的, 由于变压器铁心的饱和问题等, 其次谐波产生的原理是在磁化曲线的近饱和段为基础, 其工作磁密的选择使得磁化电流呈现尖顶波形。它的大小与铁心的饱和程度有关。输配电系统中如果变压器中性点更加倾向于非线性变化, 那就说明其铁心饱和度越高, 其谐波电流也就会随之变大。

2.3 用电设备产生的谐波

晶闸管整流设备:在人们的日常生活中充电器、开关电源等大量的使用, 使得晶闸管整流在人们的生活中起到了不可小觑的作用, 从而导致谐波的出现。众所周知, 按照晶闸管整流设备工作原理, 设备在电网中吸收到的都是不完整缺角的正弦波, 所以留下的是其它没有被电网吸收缺角的正弦波, 没有被配电网所正常吸收的部分中就具有很多基次谐波。

变频装置:变频装置的功率一般较大, 随着科技的进步, 变频调速也是人们在选择家用电器时的一个重要的参考标准, 但是在大型用电器件, 例如:鼓风机、电梯、水泵等大型感性负荷设备中, 谐波的成份很复杂, 所以谐波对计量装置所带来的影响也越来越多。

2.4 其它方面

由于家用电器大都是采用整流装置的原件, 相应就造成谐波。包括很多电视机, 吹风机, 计算机等在工作时都会出现多次谐波。尽管这些器件并不需要太大的功率来带动它的运行, 但家家户户都在使用, 从而也成为了谐波的主要来源之一。

3 谐波对计量装置准确性的影响

下面主要对两种电能表进行分析:

3.1 电磁感应式电能表

电磁感应式电能表的工作原理主要是利用电流和电压的电磁感应其构成的驱动转盘进行运作, 从而驱动电磁感应式电能表的计数装置来记录电能量。电磁感应式电能表给电能计量装置的准确度带来的干扰主要体现在以下几点:

(1) 通过极小的频率范围的正弦电流和电压波形所呈现的波形则是感应式电能表的设计制造原理。当电能表的电压和电流线圈的阻抗发生变化时, 负载中基波的电流电压则是恒定不变却又含有谐波, 由此引起感应式电能表的电流、电压磁通幅值以及相互间相位角的差异, 最终引起准确度的降低。

(2) 由于对应的铁芯导磁率的非线性特点, 当电能表出现谐波的时候, 虽然由谐波和基波共同叠加而成的电压与电流的正常波形会发生畸变, 但是磁通并不会相应的变成线性化。而根据感应式电能表的工作原理, 转矩的产生只会在具有相同频率的电压和电流产生的磁通这种特殊的情况下才会发生相互作用。可是由谐波和基波共同叠加而成的电压与电流的畸变的波形通过电磁组件后, 因为磁通不与畸变的波形发生相对应的变化, 从而导致转矩与其平均的功率不成正比, 最终就会对电能剂量装置的准确度产生影响。

3.2 智能电能表

智能多功能电能表与感应式电能表不同之处在于智能电能表可以同时计算并测量基波与谐波功率总和。通过这种计量的方式, 谐波源不仅危害电力系统的正常运转, 也会因为谐波的注入而使用电用户少支付了电费从而造成供电企业的经济损失。而感应式电能表只能反映其基波功率, 无法准确计算和测量出谐波源用户的注入数量, 同时智能电能表可以实现多表合一。智能电能表的主要特点是:在谐波存在前提下, 感应式电能表所计量的电能值更接近基波电能, 而智能多功能电能表所计量的电能值是基波与各谐波之和, 即可能会增加或减少了谐波, 从而引起电能计量装置的误差。

所以, 当电网中存在多种谐波时, 智能多功能电能表属于一种全能的计量仪器, 可以计量线性用户和非线性用户的所有波的电能, 而感应式电能表则可以计量基波的电能值和部分的谐波电能值。所以在实际情况中电网存在多种谐波时, 电网谐波因为智能多功能电能表所产生的差距会比感应式电表的大。

4 结论

通过讨论电网谐波对电能计量装置准确度的影响, 不仅得知电网谐波给供电企业所带来的危害, 还了解到了电网谐波给人们的日常生活所带来的影响。而在电力系统的网络中, 电能计量占据着重要的地位, 其精确的程度决定着发电部门、供电部门和实际用户他们之间的相互利害关系。目前在我国部分经济不发达地区的电力计量方式和电能计量装置还相对落后, 从而无法有效预防和避免电网谐波对电能计量装置准确度的影响, 最终会让企业造成了严重的经济损害。因此, 供电企业必须要针对电网谐波对于电能计量装置准确度的具体影响, 进行更为细致、更为有效地计量方式和计量装置的改进和研究, 只有如此, 有关部门才能在电能计量装置准确性方面达成强有力的支撑和推进。

摘要：本文通过研究电网谐波对电能计量准确度的影响, 希望能为供电企业电能计量装置测量更加准确提供理论基础。

关键词：谐波,电能计量装置,准确度

参考文献

[1]陈慧民.谐波对电能计量影响的分析[J].中国新技术新产品, 2012 (17) :124.

[2]薛得志, 薛倩倩.谐波对电能计量的影响分析[J].城市建设理论研究:电子版, 2014 (31) .

[3]汪韩.谐波对电能计量带来的影响分析[J].大科技, 2014 (22) .

谐波对电能计量影响 第9篇

【关键词】新能源并网；分布式能源；电能计量

1.引言

随着智能电网的不断发展，使得新能源发电并网逐渐成为可能，而计量是智能电网发电并网中必不可少的一个环节，对于分布式电源的电能计量，由于用户和负荷的不确定性而变得更为复杂，负荷点同样也是电源点。因此，如何区分两种性质的电能是新能源发电并网形势下计量方式应该考虑的问题。本文结合新能源发电并网的特点，从计量的准确性、公平性、有效性，客观的分析了新能源发电并网形势下计量存在的问题，以及解决问题的主要措施。

2.新能源发电对计量的影响

2.1 高次谐波对电能计量的影响

产生电源高次谐波的可能性比较多，常见的有发电机引起的高次谐波、变压器产生的高次谐波、系统接地故障引起的高次谐波。所谓的发电机引起的高次谐波是由于发电机三相绕组制作不对称、铁芯材质不均匀以及其他原因引起的，由于近年来制作工艺的不断改善，电源引起的高次谐波得到改善。变压器产生的高次谐波是因为铁芯饱和以及磁化曲线的非线性，这样导致磁化电流呈现尖顶波形，产生大量的奇次谐波，并且谐波大小与磁通回路的结构、铁芯的饱和程度有关，两者成正比关系，变压器中谐波分量所占比例较高的谐波分量有2次谐波、3次谐波、5次谐波。2次谐波主要在变压器投运时出现，所占比例超过50%-60%，正常运行时其2次谐波分量不超过15%，5次谐波是由于变压器的过励磁产生。故障引起的高次谐波主要是在系统发生接地、相间等故障时产生的，是一个暂态的高次谐波。高次谐波对电能计量的主要影响体现在准确性上，谐波含量的多少，直接影响着电能的计量是否准确，当谐波含量满足计量相关要求时，则误差影响较少，当谐波含量超过规定时，无论是常规的电磁感应计量表，还是全电子式计量表，都会受到很大程度的干扰，即计量误差随着谐波含量成正比关系。

2.2 频率偏移对电能计量的影响

基于电磁感应的电能表是按电流全是基波来考虑的，所以在电压、电流幅值的不变的情况下，频率的改变会导致感应线圈阻抗的变化，使工作电压的磁通发生改变，同时转盘阻抗的变化将会导致电流磁通的变化，或者其他原因导致的磁通变化，这些因素都会影响电能表的测量精度，尤其是在在谐波的影响下，高次谐波与基波发生叠加，波形发生畸变，使得电压或者电流的频率发生改变。从电路原理以及电能表的工作原理可知，只有相同频率的电压电流才能产生平均功率，电能表也同样需要同频率的电压电流产生转矩，而畸变后的非周期性量导致转矩与平均功率成正比从而产生误差。

2.3 电源间歇对电能计量的影响

根据实际运行情况来看，风力发电、太阳能发电等新能源发电具有不稳定性，受外界因素的影响比较大，随着季节和时间的变化而改变，当风力或太阳光照射强烈时，风机组或太阳能电池板会在高负荷的情况下运行，产生的大量的电能输送到电网，如果风力过小或者阴雨天、晚上无光照时，风力机组停机或者电池板无法输出电能量，或者较少的电能量，因此，新能源电能量具有间歇性，因此，在计量时要考虑这种间歇性电源对计量的影响。在负荷超出一定范围时，要考虑计量表的精度能否达到要求。

2.4 分布式电源双向性对电能计量的影响

新能源发电是智能电网发展必然的产物，使得原来的负荷端可以变为电源端，当自己的用电量大于发电量时，从系统中获取电能，此时可以认为是用电负荷端，当自己的用电量小于发电量时，产生电能剩余，将多余的电力发送给电力系统，此时认为是电源点，因此，這种潮流方向的双向性导致二次计量同样能够实现双向计量。

3.新能源并网方式下影响计量问题的处理措施

3.1 采用智能计量表计

随着智能电网的不断发展，计量方式以及表计也得到了飞速的发展，智能电表已在智能化白变电站中广泛使用，所谓的智能电表是一种智能组件，包含一个或者多个智能电子设备，其采集回路可以是光数字采集，也可以是传统的感应式模拟量采集，两种采集方式各有优缺点，他们的相同之处在于其内部的软件、数据处理、程序算法等特性基本相同，同样具有能够计算高次谐波的能力，能够正确计量系统故障中整个动态过程的电能计量，能够实现电能量的双向采集以及处理功能。

3.2 采用软件算法实现自动计量

在满足电力系统计量标准的要求的前提下，我们采用专门设计的计量表进行计量，即采用特定软件算法的计量表，在安装时采用不同极性的电流绕组，两只表的电流相差180°，将两组数据分别采集到计量表，这样可以得到不同性质电能的计量，利用程序和算法实现电能的计量，基本的算法公式为：

Fee=（K2*W2- K1*W1 ）*T （公式一）

式中：Fee：为电费交互值；

K1：为用户电价；

K2：为电网电价；

W1：反向功率；

W2：正向功率；

T：计量时间。

如果Fee为正值，那么由用户向系统缴费，如果Fee为负值，那么系统向用户缴费，采用这种计量方式时，不受运行方式的影响，计量回路简单，计算结果也相对准，但缺点是需要多提供一组电流绕组，增加了二次电流回路，还有一点就是不能计量变电站内部的耗电量。为了能能够准确的计量变电站内部耗电，我们可以将上式改为：

Fee1=【K2*W2- K1*W1-k2*W3】*T （公式二）

Fee2=【K2*W2- K1*W1-k1*W3】*T （公式三）

用户作为负荷端时采用公式二，用户作为电源端时采用公式三。

式中：Fee：为电费交互值；（K1*W3- K2*（W2-W1）

K1：为用户电价；K2：为电网电价；W1：线路发送的电能；W2：主变发送的电能；W3：所用变吸收的电能；T：计量时间。

如果Fee为正值，那么由用户向系统缴费，如果Fee为负值，那么系统向用户缴费。

4.结束语

本论文通过对电力谐波、频率以及新能源发电的间歇性、双向性等特点进行分析与研究，从而得出在新能源发电并网方式下对计量的主要影响，如果克服这些影响将是我们今后计量专业的主要工作，因此，本论文具有以下特点：

（1）具有实践性。本文提出的各种问题以及对计量的影响因素切合实际。

（2）具有指导性。本文提出的观点在电力系统运行中具有普遍性，因此可以作为处理电力系统计量问题的依据。

参考文献

[1]康迪.新能源概述及新能源发电前景展望[J].国际技术装备与贸易，2011，（3）：64-67.

[2]刘慧敏，张慧贤.电能计量标准量值传递体系及传递精度控制的研究[J].电测与仪表，2010，47（9）：31-34.

[3]黄东启，艾芊，袁思远.分布式新能源接入电网的电能质量问题[J].现代建筑电气，2011，（12）.

谐波对电能计量影响 第10篇

1 电能表的误差特性

1.1 感应式电能表误差特性

根据感应式电能表的工作原理可知, 要其准确计量, 只能有驱动力矩 (正比于负载功率) 与制动力矩作用在转盘上。但是, 实际情况比较复杂, 除了驱动力矩和制动力矩外, 还有摩擦力矩、补偿力矩等附加力矩的作用, 附加力矩将影响转盘的转速, 破坏转速与负载功率成正比的关系, 导致此类电能表误差的产生。在规定的电压、频率和温度下, 测得的相对误差值称之为基本误差。在运行中, 由于电压、频率和温度变化导致的误差为附加误差。

1.2 电子式电能表误差特性

电子式电能表的误差大都是由于表内分流器 (电流互感器) 、表内分压器 (电压互感器) 和乘法器等造成的。下面以模拟乘法器为例对此进行分析。

(1) 输入电压特性:模拟乘法器是由运放以及其它电路构成的, 随着输入电压的变化, 其误差呈现出非线性变化特性。

(2) 输入频率特性:模拟乘法器在较宽的频率范围 (25~1000Hz) 内特性稳定, 几乎不受频率变化影响。

(3) 温度特性:由于采用先进的大规模集成电路技术, 温度变化在-40~85℃范围内, 误差几乎可以忽略不计。

需要指出的是, 与模拟乘法器不同, 数字乘法器误差主要来源于A/D转换。

2 谐波对电能表计量的影响分析

2.1 理论分析

2.1.1 感应式电能表

感应式电能表具有下降的频率特性, 其近似模型可表示为:

式中:PF为基波功率;PH为谐波功率;KH为对应H次谐波功率的特性系数。显然, 由于其频率特性呈现下降性质, KH<1, 并且随着频率增大, 谐波次数H增加, KH将逐渐变小。因此, 在计量高频电能时, 感应式电能表会表现出较为明显的误差, 并且不同功率因数对误差影响也不一样。

2.1.2 电子式电能表

通过以上分析可知, 电子式电能表由于基于时分割原理进行设计, 其误差受频率变化较小, 其近似模型可写为

式中:P*为全能量。

由于电子式电能表频率范围宽, 对基波电能和谐波电能计量都较准确, 但由于其将谐波功率和基波功率同等对待, 其计量误差影响将增加。

2.2 实际分析

2.2.1 感应式电能表

对感应式电能表来说, 频率变化将引起电能表磁通量改变, 致使电压、电流幅值以及二者间的相位角发生改变, 从而改变电能表驱动力矩、抑制力矩、补偿力矩, 以及铁芯损耗的大小等发生相对改变, 引起计量误差的变化。从感应式电能表频率特性曲线可以看出, 当电能表频率越大时, 其负误差越大。谐波的大小决定了计量误差的大小, 谐波功率越大, 感应式电能表计量误差将越大。

2.2.2 电子式电能表

实际情况下, 用户的负荷是随机变化的, 电子式电能表往往无法快速而准确地测量各个周期的电压、电流以及二者的相位差。

由于电子式电能表测量元件由A/D采样器和乘法器组成, 谐波功率无法直接计算, 只能通过对用电负荷的采样电压、电流瞬时值相乘相加再乘以采样周期计算得到平均电能。因此, 普遍认为A/D采样和转换准确与否将直接决定着电子式电能表的计量误差。

笔者通过数月观察发现, 电子式电能表计量误差除了A/D采样器的采样次数和转换精度外, 电能计量装置中的表内分流器、表内分压器的比差、角差, 以及由其造成的幅值误差和相位误差同样很大。电子式电能表在计量时, 线路中电压、电流将流经计量用电压、电流互感器, 如果表内电压和电流互感器配备的准确度不合理, 其比差、角差将影响计量的准确性。特别是由于电能计量用电压、电流互感器存在着非线性磁饱和特性, 一旦包含谐波的畸变信号流经饱和状态下的电压互感器、电流互感器时, 经过互感器转换后的二次信号必然发生畸变, 在这种情况下, 计量误差必将变大, 并且畸变的程度与谐波次数呈现正比关系。

2.3 常用的3种计量模式分析

基于以上分析, 对现实中存在着的3种电能计量模式作简要分析如下:

(1) 基波电能表计量模式。对于线性负荷用户而言, 基于基波电能表的计量模式是比较公平、公正的, 但对于非线性谐波用户来说, 这种计量模式无法反映出用户谐波对系统造成的影响, 也无法对其进行惩罚, 也无法使受其影响的供电企业和线性用户得到相应补偿。

(2) 普通电子式电能表计量模式。这类计量模式将用户所消耗的所有基波和谐波功率全部计入, 存在着线性用户多计量电能, 非线性用户少计量电能的弊端, 这相当于鼓励了对供电造成谐波污染的非线性用户。

(3) 综合计量模式。分别采用基波电能表和谐波表进行测量的综合计量模式, 基波电能表计量基波功率, 谐波电能表计量谐波功率, 谐波功率为正, 表明负荷吸收谐波, 谐波功率为负, 表明负荷发出谐波, 并以此为根据对用户进行收费和奖惩。

3 谐波环境下电能表准确计量方法

3.1 技术手段

从技术层面看, 要保证谐波环境下电能表的准确计量, 关键在于区分基波 (有用) 功率和谐波 (无用) 功率, 因此, 可用的方法有2种:

(1) 采用频率陡降的基波电能表。但对于基波功率而言, 频率陡降的基波电能表仅对线性负荷有效, 无法计量非线性负荷的谐波功率。

(2) 采用分频技术分别计量基波电能与谐波电能及其方向, 并结合利用电费杠杆对其进行综合调节。工业用户电费可由3部分构成, 即基波 (有用消费) 电费, 产生或发出的谐波 (惩罚性) 电费, 吸收或消耗的谐波 (奖励性) 电费。传统习惯认为, 谐波电压 (电流) 与基波电压 (电流) 叠加形成有效电压, 谐波功率与基波功率共同形成有效功率, 要求常规电压 (电流) 表以及有功功率表的频率特性以固定不变为佳, 其本质是将基波与谐波同等对待, 在谐波环境下, 这种观念导致表计计量精度越高准确性越不合理, 而分频技术可以有效解决这一问题。

3.2 新型电能计量模式

除了合理的技术手段外, 建立起从谐波源到谐波分析, 再到电能表一体的新型电能计量模式显得尤为重要。通过一个实时的数据采集系统, 实时采集供电系统某一节点的三相电压、电流, 分析该节点谐波状况, 得出供电系统谐波对电能计量的影响结果, 在有、无滤波装置2种情况下, 提出有针对性的治理方案。系统构成示意如图1所示。

4 结束语