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關(guān)于諧波對電能計量影響分析

2015-05-30 08:17:35陳芳
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年30期
關(guān)鍵詞:改進(jìn)措施影響

陳芳

摘 要:電能計量裝置是電力行業(yè)統(tǒng)計經(jīng)濟(jì)效益時的重要數(shù)據(jù)來源,而電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波會影響電能計量的準(zhǔn)確性,導(dǎo)致統(tǒng)計結(jié)果的不準(zhǔn)確,從而造成利益結(jié)算和管理決策上的失誤,最終降低電力行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此,研究分析諧波對電能計量的影響具有現(xiàn)實(shí)意義。文章首先對諧波產(chǎn)生的原因和危害進(jìn)行了分析,然后從計量方式和裝置兩方面闡述了諧波對電能計量的影響,最后針對性地提出了降低諧波影響的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞:諧波;電能計量;影響;改進(jìn)措施

作為現(xiàn)代社會的重要能源,電能與工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活聯(lián)系最為緊密,其質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個社會的發(fā)展,電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波會影響電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面,造成電能效率的降低。而且諧波會引發(fā)串聯(lián)、并聯(lián)諧振,導(dǎo)致繼電器損害。電能計量裝置準(zhǔn)確性降低,電力企業(yè)和用戶無法獲取真實(shí)用電信息,造成電能整體損耗量增加,影響最終的經(jīng)濟(jì)效益。因此,研究諧波對電能計量的影響,針對具體問題分析解決辦法,對于電力行業(yè)的發(fā)展意義重大。

1 諧波產(chǎn)生原因及危害

諧波產(chǎn)生的根源在于諧波電流源,傳統(tǒng)電網(wǎng)中諧波源為變壓器和發(fā)電機(jī),現(xiàn)階段多為電網(wǎng)用電子元件設(shè)備。由于非線性電子設(shè)備中正弦電壓的使用,設(shè)備電流與電壓存在波動類型差異,電流波形發(fā)生變化,諧波聯(lián)通入電網(wǎng)中,形成諧波源。諧波對與電動機(jī)、變壓器及其他電子元器件的影響巨大,其具體危害如下:

(1)影響旋轉(zhuǎn)式電動機(jī)工作:由于旋轉(zhuǎn)式電動機(jī)基波頻率低于諧波頻率,在諧波入侵的情況下所引起的電動機(jī)渦流作用等,會導(dǎo)致電動機(jī)能耗的增加,同時造成鐵損等不良現(xiàn)象。(2)危害電力變壓器安全:變壓器正常工作時產(chǎn)生的諧波極小,對于儀器的正常運(yùn)行無太大影響。但當(dāng)變壓器啟動瞬間,其設(shè)備中的諧波瞬時量巨大,可能為額定電流的數(shù)倍,雖然持續(xù)時間較短,但過大的電流會降低設(shè)備使用壽命,甚至造成設(shè)備的損壞。(3)影響電力電容器工作:作為常用電子元器件,電容器由于結(jié)構(gòu)的特殊性,極易受到諧波的影響。電容器設(shè)備運(yùn)行主要依靠元件的充電、放電,該過程中諧波產(chǎn)生的可能性很大,影響電容器的正常工作。(4)干擾通信線路的使用:諧波對于通信線路的干擾主要表現(xiàn)在電磁感性、電氣傳導(dǎo)等現(xiàn)象中。在載波通信時,諧波混入通信線路,會影響通信聲音的清晰程度,影響通信質(zhì)量。

2 諧波對電能計量的影響

2.1 諧波對電能計量方式的影響

傳統(tǒng)電能計量工作中主要以全能量計量為標(biāo)準(zhǔn),由于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)模較小且相關(guān)技術(shù)不到位,產(chǎn)生的諧波電流量小,不足以影響到電能計量工作的準(zhǔn)確性。因此傳統(tǒng)模式中采取全能量計量方式即可滿足電網(wǎng)計量方面的需求。然而,當(dāng)今電力行業(yè)迅猛發(fā)展,電力技術(shù)日益更新,并且廣泛應(yīng)用于電力、工業(yè)領(lǐng)域之中,電力系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致諧波產(chǎn)生幾率和幅度增大,從而對于電力系統(tǒng)各設(shè)備及線路造成了極大的隱患和影響,因此現(xiàn)階段電能計量過程中必須考慮到諧波的影響。傳統(tǒng)電能計量時包含了基波和諧波二者消耗的總電能,因此在當(dāng)前復(fù)雜電網(wǎng)條件下局限性很大:(1)線性負(fù)荷時,供電基波非正弦波形,計量的電能表讀數(shù)為諧波和基波電能總和,導(dǎo)致計量示數(shù)過大,用戶承擔(dān)費(fèi)用增加,同時諧波會影響相關(guān)電力設(shè)備的正常運(yùn)行。(2)非線性負(fù)荷時,諧波的產(chǎn)生會導(dǎo)致部分電能回流至電網(wǎng)中,造成電能表計量示數(shù)的減小,這樣不僅使用戶應(yīng)交費(fèi)用減少,影響電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,而且電能的回流會對電網(wǎng)造成持續(xù)損害,影響電網(wǎng)壽命。(3)當(dāng)負(fù)載電源畸變情況發(fā)生時,會同時引發(fā)上述兩種情況,進(jìn)一步影響電影能計量,危害電網(wǎng)。綜上所述,諧波的存在對于電能計量方式的影響很大,無論是損害用戶利益還是影響電力企業(yè)效益,都會影響電力行業(yè)的進(jìn)步。因此必須改進(jìn)全能量電能計量方式,充分考慮到諧波對其造成的不良影響,從技術(shù)和管理雙層面上進(jìn)行調(diào)整,保證電能計量的準(zhǔn)確性。

2.2 諧波對電能計量裝置的影響

2.2.1 感應(yīng)式電能表。現(xiàn)現(xiàn)階段我國絕大多數(shù)地區(qū)還是采用感應(yīng)式電能表進(jìn)行電能的計量。感應(yīng)式電能表的設(shè)計依據(jù)為通過計量基波頻率來顯示電能使用情況,該裝置最大的特點(diǎn)在于靈敏度高。但是感應(yīng)式電能表會受到諧波的影響而降低其計量的準(zhǔn)確度。當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)電流、電壓正弦波形發(fā)生畸變時,其頻率特征會影響電能表的計量精度,當(dāng)感應(yīng)式電能表頻率響應(yīng)曲線較陡時,電能計量誤差較大。只有當(dāng)電流和電壓波形均為正弦波時,感應(yīng)式電能表才能在這個狹窄工作頻率范圍內(nèi)達(dá)到最佳工作狀態(tài),一旦畸變現(xiàn)象發(fā)生,電能表則無法準(zhǔn)確計量,且諧波頻率幅度越大,電能計量誤差越大。因此,使用感應(yīng)式電能表時,必須整體提升電能質(zhì)量,盡量保持正弦電流電壓狀態(tài)并在工作頻率附近運(yùn)行,保證最佳的計量效果。

2.2.2 電子式電能表。電電子式電能表以數(shù)字功率表為基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)方面大致由輸入級、分頻計數(shù)、乘法器和V/f四部分組成,其特點(diǎn)在于該電能表功能齊全,具有較高的準(zhǔn)確度且用法簡便,必將成為將來電網(wǎng)發(fā)展中的主要計量裝置。電子式電能表各部分作用相輔相成,融為一體。輸入級承擔(dān)著電壓電流轉(zhuǎn)換的功能,其利用電壓電流互感器將電網(wǎng)內(nèi)信號轉(zhuǎn)化為便于計量的小型信號,并將信號傳遞至乘法器;而乘法器接收信號后,將模擬信號轉(zhuǎn)化為乘積形式,然后輸送至V/f部分,經(jīng)轉(zhuǎn)化電路變?yōu)槊}沖數(shù)字信號,最后進(jìn)行計數(shù),完成電能的測量。相比感應(yīng)式電能表,電子式電能表的優(yōu)勢在于頻率曲線的穩(wěn)定和衰減程度較弱,該類電能表對于諧波和基波響應(yīng)基本相同,加上其寬頻帶特征,能夠精確計量基波電能和諧波電能。但是電子式電能表難以區(qū)分開諧波和基波,其進(jìn)行電能計量時所得結(jié)果一般偏大。

3 降低諧波對電能計量影響措施

諧諧波對于電能計量的影響主要表現(xiàn)在電能計量方式和電能計量裝置兩方面,因此要降低諧波的影響程度就必須從這兩方面著手,改進(jìn)計量方式和裝置,提高電能計量的準(zhǔn)確性。

3.1 改進(jìn)計量方式

現(xiàn)現(xiàn)階段電力行業(yè)系統(tǒng)中主要計量方式為全能量計量方式,這種方式存在較大的弊端,因此首先要對該計量方式進(jìn)行改進(jìn),應(yīng)采取對基波電能和用戶吸收、發(fā)出諧波電能分別計量的方式。這樣不僅考慮到了線性負(fù)荷時,諧波吸收電能造成用戶費(fèi)用增加的現(xiàn)象,而且消除了非線性負(fù)荷時,諧波產(chǎn)出電能引起電力企業(yè)利益受損的現(xiàn)象,雙方面保障了電能計量結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性,提升了用戶的信任度和電力行業(yè)的潛力。

3.2 改進(jìn)計量裝置

目前絕大多數(shù)用戶的負(fù)荷屬非線性,改進(jìn)計量裝置的關(guān)鍵在于消除諧波產(chǎn)生回流至電網(wǎng)內(nèi)部的電能,只有對該部分進(jìn)行精確計量并加以處理才能夠達(dá)到準(zhǔn)確計量電能的目的。為此,我們可以采取諧波源判定識別技術(shù)進(jìn)行計量裝置的改進(jìn)工作,通過仔細(xì)甄別檢測,找出諧波源加以抑制和監(jiān)管,準(zhǔn)確計量用戶向電網(wǎng)發(fā)出的諧波功率,再進(jìn)一步考慮影響因子,提高電能計量的準(zhǔn)確性。而對于部分沖擊載荷,則需提高計量裝置的頻率局部應(yīng)變能力,確保該情況下能如實(shí)反映用戶的電能消耗量。

4 結(jié)束語

在在電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中,電能計量占據(jù)著重要地位,其精確程度直接影響發(fā)電方、供電方和用戶三者間的利益關(guān)系和交易的公平性。而目前我國部分地區(qū)的電力計量方式和裝置相對落后,無法有效預(yù)防和避免諧波對電能計量的影響,使得電力企業(yè)效益蒙受損失。因此電力行業(yè)必須針對諧波對于電能計量的具體影響,進(jìn)行更為細(xì)致、更為有效地計量方式和裝置的改進(jìn)和研究,只有如此,電力行業(yè)才能在電能計量方面得到強(qiáng)有力的支撐和推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]薛得志,薛倩倩.諧波對電能計量的影響分析[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2014(31).

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