淺析諧波對(duì)電能計(jì)量的影響及對(duì)策

摘 要：當(dāng)下，人們對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高，電力用戶除了把電壓和頻率作為主要的關(guān)注對(duì)象，也更加注重供電系統(tǒng)的諧波。所以，研究諧波問(wèn)題勢(shì)在必行，本文分析了電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響以及相應(yīng)的研究方法，并對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確性的提升提出了一些方法。

關(guān)鍵詞：諧波 電能計(jì)量

中圖分類號(hào)：TM930 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0097-01

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+，

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，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 提升計(jì)量準(zhǔn)確性及合理性的途徑

2.1 提升計(jì)量的精確度

（1）電能表只能準(zhǔn)確對(duì)基波功率做出反映，而完全不反應(yīng)諧波功率，應(yīng)選擇基波電能表。對(duì)于此計(jì)量方式，首先要考慮對(duì)出現(xiàn)的諧波進(jìn)行濾除。濾除諧波，方法有二：對(duì)硬件，可利用高階低通式濾波器對(duì)正在進(jìn)入電能表的高次諧波進(jìn)行攔截，選擇合理的截止頻率，以便獲得比較理想的濾波特性，從而對(duì)諧波進(jìn)行濾除，并將基波保留，使電能表只反映出基波電能；對(duì)軟件，可采用諧波算法對(duì)諧波進(jìn)行提出，并保留基波。

對(duì)基波電能表而言，前一種方法運(yùn)用的較多，此法計(jì)量合理，實(shí)施起來(lái)也較為容易。對(duì)線性用戶來(lái)說(shuō)，雖然他們?cè)谥C波作用下，受了很大損失，但在計(jì)算電量費(fèi)用時(shí)，主要是依據(jù)基波電量進(jìn)行的，這就能夠減少一些不必要的損失。但是其中也存在不足之處，非線性用戶雖然承擔(dān)了基波電能的現(xiàn)金費(fèi)用，但諧波造成的影響還包括其他許多方面，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)彌補(bǔ)不了的。

基波電表在我國(guó)還在研制。以EDMI 2000系列的全電子基波電能表為例，它由澳大利亞的EDMI公司出品，只對(duì)50Hz的基波電能進(jìn)行計(jì)量，對(duì)諧波在電能計(jì)量中產(chǎn)生的負(fù)面影響能夠予以消除，從而加強(qiáng)計(jì)量的公平性，使供電企業(yè)獲得最大經(jīng)濟(jì)效益；上海磁懸浮龍陽(yáng)變電站和浦東變電站首先安裝了基波電能表，不但能夠測(cè)量奇次諧波電壓和諧波電流，還能測(cè)量諧波總量。ABB公司的ION 8300電能表，能夠?qū)娏孔龀鰷?zhǔn)確測(cè)量，同時(shí)還提供了3次和5次諧波電量，用來(lái)對(duì)磁懸浮變電站的濾波效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)考核。

（2）分別計(jì)量基波功率和諧波功率，并對(duì)功率潮流方向進(jìn)行區(qū)分。開(kāi)發(fā)新智能電表，此類電表以單片機(jī)為核心，采用頻譜分析的算法，另外，快速傅立葉算法（FFT）應(yīng)用最為廣泛，加權(quán)插值FFT算法等，從理論上講，均可準(zhǔn)確計(jì)量電能。蓋方法的計(jì)費(fèi)比較合理，能分別算出基波諧波的有功功率，既完成了計(jì)量收費(fèi)工作，又能反映諧波流向。可在經(jīng)濟(jì)上懲罰非線性用戶，彌補(bǔ)線性用戶的損失。其缺點(diǎn)是，成本比較高，不易實(shí)施。

2.2 提升計(jì)費(fèi)的合理性

根據(jù)實(shí)際中出現(xiàn)的各種不合理現(xiàn)象，應(yīng)作出相關(guān)規(guī)定，除了基本的電費(fèi)，還需征收附加電費(fèi)。重點(diǎn)是針對(duì)那些大型的非線性用戶，應(yīng)參照其諧波電能注入電網(wǎng)的危害程度，給予相應(yīng)的懲罰。

假設(shè)負(fù)荷消耗的基波電能E1與總電能E是已知的，則電網(wǎng)中負(fù)載帶來(lái)的諧波電能凈損耗Eh可表示為：

Eh=E-E1

當(dāng)Eh>0時(shí)，說(shuō)明負(fù)載具有非線性；當(dāng)Eh<0時(shí)，負(fù)載不具有非線性，屬于線性負(fù)載。

向用戶征收的電費(fèi)Fh可表示為：

Fh=D1×E1+DH×Eh

上式中，D1表示的是基波電能的電費(fèi)價(jià)格；DH表示的是對(duì)非線性用戶的罰款。

采用此方法，能有效緩解出現(xiàn)的不公平不合理現(xiàn)象，對(duì)非線性用戶的行為，處于一定的經(jīng)濟(jì)罰款，在一定程度上能夠改進(jìn)對(duì)諧波的治理，是電網(wǎng)電能質(zhì)量有所提升。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析了諧波對(duì)電能計(jì)量的影響，并給出了一些解決方法。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。不過(guò)，這些方法大多都治標(biāo)難治本，必須從根本上減少在這種影響，最佳途徑是盡可能地對(duì)諧波進(jìn)行治理、抑制和消除，同時(shí)這也是今后的主要研究方向。

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