諧波背景下電能計量系統的計量誤差分析

杜錦陽

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510730）

諧波背景下電能計量系統的計量誤差分析

杜錦陽

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510730）

電能計量系統是計量電能使用情況的儀器，受到電網運行中所產生的諧波影響時，電能計量系統所收集的計量數據信息會不夠準確。電能計量系統產生計量誤差，不僅會給供電公司造成經濟損失，對電能用戶也會產生一定的影響。本文針對諧波背景下電能計量系統的計量誤差進行分析。

電能計量系統；諧波；計量誤差

現行的生活、生產中電能是重要的能源。電能作為供電企業的特殊產品，也是企業經濟收入中的重要組成部分。電能計量系統對電能用戶的電能使用量進行計量，如果存在計量誤差，就會給供電企業造成一定的經濟損失。

目前的電網運行中會產生諧波，是由于用電設備的技術越來越先進，設備的電能容量以及負荷都有所提升，就會導致諧波產生，對電力系統的穩定性造成了不良影響。對于供電企業而言，電能計量系統的數據是對電能用戶收取電費的依據，諧波引起電能計量系統出現計量誤差，就會導致計量數據缺乏準確性。

1 電能計量系統在諧波下所產生的誤差

如若電能計量系統出現計量誤差，那么，一定就是裝置上存在問題，一般情況下，可以將其分成TA誤差、電能表誤差以及電壓互感設備誤差。實現對電能計量系統的誤差探究從以下兩方面進行著手。

（1）電子類型的電能表概述。電子類型電能表涵蓋電子類型以及機電類型的電能表兩類，后者一般是利用電子方面以及測量的類似部件構成，而這類的電能表波形信號裝置一般都通過脈沖信號，以致于其也被稱作感應類型的脈沖電能表。電子類型的電能表也被稱為精致類型電能表或固態類型多動能電能表，且其大都由集成芯片構成，利用電子電路進行實現。電子類型的電能表有可分為數字型以及模擬乘法式電能表兩類。

（2）CVT諧波測量所產很的誤差分析。通常在諧波的作用下，可以對阻尼設備、電抗設備以及中間變壓設備等進行良好的補償，所以就要對其性能以及特征進行充分的考慮。根據國際電工IEC對于標準的明示，CVT在測量繞組的過程中需要保證在98%～100%之間的既定頻率左右，要符合相關的標準的明確內容；在保證精度方面，保護繞組要控制在95%～101%的范圍內。CVT在自動裝置基波信號、基波電壓以及系統保護相互轉變的基礎上，可達到系統要求。但是，測電壓頻率發生變化，且諧波存在，這時的LC串聯諧振回路就會偏離，導致出現測量的較大誤差。

2 電網運行中諧波產生的原因

電力系統處于運行狀態，如果有非線性負載存在，就會導致諧波產生。主要的產生原因包括三個方面的內容，即發電的原因、用電的原因以及輸配電系統運行中而產生諧波。

（1）由于發電的原因而引發的諧波。發電站的發電機處于運轉狀態的時候，由于三相繞組不是完全對稱的，所以，發電機的發電質量會存在問題。基于此而是發電機在發電的過程中會產生諧波。

（2）由于用電的原因而引發的諧波。在電氣設備中普遍安裝有晶閘管。當電氣設備處于運行狀態的時候，就會產生諧波，特別是當整流設備選用晶閘管材質，就更容易產生諧波。在日常的用電設備中，產生諧波的有很多，包括電源的開關、機電保護器以及電動車等等，都會在使用的過程中產生諧波，對電網的運行造成了不良影響。

（3）輸配電系統運行的過程中所產生的諧波。輸配電系統運行的過程中，系統中所安裝的變壓器的鐵心飽和狀態，很容易產生諧波。主要的原因在于，當鐵心被磁化之后就會形成非線性磁化曲線。當變壓器處于運行狀態的時候，磁化曲線的飽和段上的磁密就會對變壓器產生影響，主要表現為磁化電流的波形會呈現出尖項，此時，在其中就會有奇次諧波產生。當變壓器的鐵心處于高飽和狀態的時候，線性距離工作的點位就會更遠，就必然會產生大量的諧波。當感性負載連接到電路裝置上面的時候就必然會產生奇次諧波，而且奇次諧波在基波中所占據的比例是非常大的。當容性負荷連接到電路裝置當中時，就會隨著電容值頻率的增加而產生奇次諧波。產生諧波量最大的是整流裝置，其所產生的諧波量之大，在基波中所占有的比例能夠達到40%。

3 諧波對電能計量系統所造成的影響

（1）諧波對電能計量系統的干擾而導致計量誤差存在。理論而言，電能的全能量包括基波電能和諧波電能。電力系統運行過程中，會產生諧波而導致計量不準確。主要在于線性狀態下的電能負荷，供應狀態卻是非正弦的。在諧波的影響下，電氣設備會不同程度地干擾到電能表的運行而造成電能計量系統運行中所獲得的計量數據不夠準確，對用戶收取電費也存在不合理性。處于線性負荷狀態下的電能負荷是非常理想的，但是，如果此時有諧波產生，就會對電網的正常運行造成影響。此時，在電力系統中機會流入電流。電能表的電能計量是基波電能建區倒流入電力系統的諧波電能而獲得的數值。非線性負荷不僅會使得電網遭到諧波污染，電能計量系統的電能計量數據也會存在誤差，并因此而給電力企業造成經濟損失。電能負荷為非線性狀態，如有電源畸變現象存在，當電網處于運行狀態的時候，電能負荷就會將基波電能和諧波電能吸收，過程中，電網中會流入諧波而對電網正常運行造成干擾。

（2）諧波對電能計量系統的干擾而導致計量裝置運行不穩定。電能計量中所使用的電能表分為兩種，即電子式的和感應式。

測量電能的過程中，電子式電能表會受到不同的信號波的影響而產生不同的計量數值。電流信號會受到正函數的正交性影響而使得功率電壓產生畸變，電能計量裝置計量工作中就會有誤差產生。如果此時計量誤差比較小，并不會對計量數值產生影響，因此可以忽略不計。如果電網運行中，電流和電壓經過互感器之后，就會使其成為弱信號，流入電能計量裝置之后，在互感器的非線性特性下就會導致信號以非正常狀態存在，電能表的計量數值也因此而使得計量數值不準確。感應式電能表處于運行狀態的時候，當電能計量裝置所顯示的數據有畸變的波形產生時，就要觀察電能表頻率響應曲線，對電能表計量中所存在的問題具有針對性地進行諧波分析。如果電流和電壓的波形都已經與正弦波狀態相背離，就會導致諧波影響下的電能表計量電能存在誤差。

（3）諧波條件下測量無級變速箱基波電壓而產生計量誤差。在設置仿真參數的時候，電壓源的相位設置為“0”，所獲得的仿真結果中，幅值和相角的誤差都會存在一定的差異性。

在測量無級變速箱基波電壓的時候，可以獲得準確度較高的數值。但是，如果測量諧波電壓的幅度值不夠準確，且此時所產生的誤差值為95%，無級變速箱就會存在相位偏差。這就意味著諧波條件下不可以對無級變速箱進行測量。

4 對諧波采取有效治理措施以確保計量準確

（1）做好諧波管理工作。電力企業不僅要保證電能計量系統運行穩定，還要認識到治理諧波的重要性。面對電網運行中所產生的諧波污染，只有相關工作人員提高治理諧波的意識，才能夠有效地避免諧波存在，保證了電能質量。當電網運行時，主要管理部門工作人員在充分認識到諧波的危害的同時，還要研究諧波源是符合產生的，如何準確地判斷諧波源，以具有針對性地采取諧波治理措施，并且將諧波污染控制在規定范圍內。在諧波相對集中的位置作為觀察點，對諧波數據進行收集，評估電器設備的使用情況，以及時地采取治理措施，避免出現諧波污染超過規定標準的現象。

（2）對諧波采取必要的治理措施。電能計量系統的電能計量很容易在諧波的干擾下而影響到計量準確性。如果電能經常會被諧波所干擾，可以將原有的電能表替換為數字電能表，不僅可以提高電能計量的準確性，還要對諧波數據進行收集、分析，還有必要安裝濾波裝置。當諧波含量降低了，就必然會減輕對電氣設備干擾，電能計量系統的運行趨于正常，就必然會提高計量準確性。

5 結語

綜上所述，當電能計量系統處于運行狀態對電能用戶的電量使用情況進行信息收集和整理的時候，諧波對電能計量系統產生的影響會給電力系統造成巨大的經濟損失。所以，在諧波背景喜愛對電能計量系統的計量誤差問題深入研究，并采取必要的防御措施，以保證電能計量裝置的計量數據準確

[1]劉座銘，呂項羽，常學飛，張宗寶.電力諧波對電能計量的影響及治理措施[J].吉林電力，2013,41(02):32～34.

[2]余曉鵬，汪妮，李瓊林，等.電子式電能表時分割乘法器的計量誤差分析[J].電氣應用，2014,33(11):80～84.

[3]李琳.電力諧波對電能表電能計量的影響分析[J].硅谷，2015(04):192,195.

TM933.4

A

1671-0711（2016）11（上）-0085-02