電能計(jì)量的諧波問題分析

【摘要】電能計(jì)量是供電單位用于計(jì)量電能的主要憑據(jù)，是電能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)形式的主體表現(xiàn)形式，電能計(jì)量是否精確直接關(guān)系到用電單位和供電單位的經(jīng)營(yíng)成果的表現(xiàn)。電力諧波的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致電能計(jì)量不再準(zhǔn)確，影響了用電單位和供電企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況的科學(xué)呈現(xiàn)。近年來，我國(guó)電力技術(shù)不斷發(fā)展，供電電網(wǎng)之中出現(xiàn)諧波現(xiàn)象也越來越多，諧波污染對(duì)電能計(jì)量表的影響正威脅著我國(guó)的用電量計(jì)量問題。

【關(guān)鍵詞】電力企業(yè)；電能計(jì)量；諧波

【中圖分類號(hào)】TM9 33.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672—5158（2012）08—0027-01

一、電力計(jì)量產(chǎn)生諧波的原因與測(cè)量方法

1、發(fā)生諧波污染原因

電力系統(tǒng)中發(fā)生諧波潮流主要是因?yàn)槿缦略颍?/p>

首先，發(fā)電的電源質(zhì)量不高導(dǎo)致發(fā)生諧波：發(fā)電機(jī)因?yàn)槿嗬@組的生產(chǎn)和制作上非常難以保證其結(jié)構(gòu)絕對(duì)對(duì)稱，三相繞線的鐵心沒有辦法保證絕對(duì)均勻及其他一些發(fā)電機(jī)自身的原因，使得發(fā)電源在發(fā)電時(shí)產(chǎn)生少量諧波。

其次，傳輸和配電系統(tǒng)會(huì)發(fā)生諧波污染，傳輸和配置電力的系統(tǒng)中多半是因?yàn)殡娏ψ儔浩鞫l(fā)生諧波。因?yàn)樽儔浩麒F心已經(jīng)飽和，磁化曲線呈現(xiàn)非線性變化，再加上變壓器在設(shè)計(jì)階段因過分考慮其成本，變壓器的工作磁密在采用接近于磁化曲線的飽和段，使得磁化電流的變化以尖頂波形變化，其中含有奇次諧波。變壓器鐵心越飽和，變壓器的工作點(diǎn)非線性越遠(yuǎn)，諧波污染就越嚴(yán)重。

最后則是用電設(shè)備發(fā)生諧波污染，而且多是晶閘管整流設(shè)備。因?yàn)榫чl管整流應(yīng)用在電力系統(tǒng)機(jī)車、鋁電系統(tǒng)解槽、充電系統(tǒng)裝置等多方面得到了越來越普遍，所以帶給供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生大量諧波。若品閘管整流系統(tǒng)是單相整流電路的，在聯(lián)結(jié)感性負(fù)載的時(shí)候，一定會(huì)包含奇次諧波電流，其中3次諧波達(dá)基波的三成；聯(lián)結(jié)容性負(fù)載的時(shí)候，包含奇次諧波電壓，它的諧波含量與電容值的正向增長(zhǎng)。實(shí)踐證明明，經(jīng)由整流裝置發(fā)生的諧波占全部諧波的四成，成為最大的諧波污染源。

2、諧波測(cè)量方法

測(cè)量諧波是用以解決諧波問題的前提，測(cè)量諧波是研究、分析諧波產(chǎn)生問題的重要參考。經(jīng)由測(cè)量諧波，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)供電網(wǎng)絡(luò)中的諧波含量及走向，以此為基礎(chǔ)諧波流向，計(jì)量不同的方向的諧波電量、不同諧波含有率、電壓幅值、電流幅值及相位等參數(shù)，為電力企業(yè)制定對(duì)應(yīng)的諧波治理措施提供實(shí)用的依據(jù)。

一般來說，諧波的特征為非線性、不平穩(wěn)性、隨機(jī)和分布復(fù)雜等，所以測(cè)量諧波要想做到準(zhǔn)確相對(duì)會(huì)困難些。現(xiàn)在電力諧波的測(cè)量一般方法有：選取模擬帶通濾波器測(cè)量或者是帶阻濾波器來測(cè)量諧波；以傅立葉變換為基礎(chǔ)測(cè)量揩波；以瞬時(shí)無功功率為基礎(chǔ)測(cè)量諧波；以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)測(cè)量諧波；選取小波方法測(cè)量諧波。以上方法各有特色，但基于傅立葉變換的、測(cè)量諧波，是目前分析諧波測(cè)量應(yīng)用最普遍的一種測(cè)量方法。

二、電能計(jì)量的諧波影響

1、電磁式電能表的諧波影響

舊式的電磁電能表是根據(jù)工頻正弦波制造來完成的，這類電能表只可以確保在小幅度變化的工頻范圍頻帶內(nèi)才能發(fā)揮最佳工作性能，如果電力系統(tǒng)波形畸變，這類電能表會(huì)發(fā)生計(jì)量錯(cuò)誤，產(chǎn)生誤差。隨著電網(wǎng)諧波不斷變多，電能質(zhì)量的要求會(huì)淘汰電磁式電能表。

分析電磁式電能表的計(jì)量原理，得出電磁式電能表處于諧波條件下計(jì)量電能通常無法正確說明用戶實(shí)際的使用電量：

（1）用戶是線性用戶，諧波與基波的方向達(dá)到一樣，電能表計(jì)量的是基波和部分諧波所和的電能，計(jì)量比實(shí)際量偏大。線性用戶既要受到諧波污染還要為此多交電費(fèi)。

（2）用戶為諧波源用戶，用戶自身消耗諧波外，還輸送電網(wǎng)諧波量，輸送的諧波潮流和基波相反，電能表計(jì)量的是基波電能減去諧波電能，計(jì)量值比實(shí)際值偏小。用戶發(fā)生諧波污染電網(wǎng)，反而少交電費(fèi)。

2、電子電能表諧波影響

電子電能表在城市電網(wǎng)應(yīng)用得較普遍，我國(guó)電子電能表多是選取模擬式分割乘法器完成計(jì)量電功率和計(jì)量電能。隨著諧波危害斷增加，電子電能表計(jì)量電能也會(huì)產(chǎn)生誤差。

3、數(shù)字電能表諧波影響

數(shù)字電能表是電子電能表的發(fā)展換代，它以數(shù)字乘法器，采用轉(zhuǎn)換器把電壓與電流數(shù)字相乘，測(cè)量準(zhǔn)確度高。數(shù)字式電能表一般在一定周期內(nèi)采樣處理電壓信號(hào)和電流信號(hào)，系統(tǒng)頻率波動(dòng)時(shí)，采樣周期與實(shí)際信號(hào)無法實(shí)現(xiàn)同步，就會(huì)產(chǎn)生頻譜泄漏，電能計(jì)量發(fā)生誤差。

三、合理選擇電能計(jì)量方式

現(xiàn)在，一般電力企業(yè)計(jì)量電能是在小區(qū)內(nèi)都選用集中抄表方式；大工業(yè)用戶及普通工業(yè)用戶選取多功能的電子電能表；一般居民用戶及非工商業(yè)的大電量用戶選取感應(yīng)式電能表。

國(guó)家發(fā)改委明確規(guī)定，電能計(jì)量針對(duì)不同的用戶實(shí)行不同的電價(jià)，選用電能表只是說明基波功率而完全不計(jì)較諧波功率的計(jì)量方式。這樣情況下，對(duì)于電力企業(yè)及線性用戶而言，雖是受到諧波污染的一些影響，但卻付費(fèi)上避免因諧波功率的額外損失；針對(duì)非線性用戶而言，則是雖全部支付了基波電能費(fèi)用，但無法補(bǔ)償電力系統(tǒng)的諧波污染產(chǎn)生的損失，所以不同用戶不同電價(jià)相對(duì)科學(xué)、合理。

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