電能計量中諧波對計量結果的影響及防范

王超

摘要：高電壓系統通過提高流變的精度和電度表計的精度可以提高計量的準確性，而電網中的諧波的存在是干擾電能計量結果的重要因素，在大容量的發電企業更加嚴重，年發電量上十億度的電廠，動則誤差百萬度電，相當于近百萬元經濟效益。針對這一問題，我們采用仿真實驗和理論研究相結合的方法，對諧波在電能計量中的影響進行分析，并針對分析結果提出具體的防范措施。能夠保證電力系統的運行和經濟效益保持穩定高效增長。

關鍵詞：諧波;劑量結果;影響與對策

1、諧波對電能計量的影響

對于諧波源用戶來說，智能電能表的讀數是用基波電能減掉諧波電能后顯示的標準的計量結果。在按照標準正弦波設計的電能表正常工作狀態下，諧波源污染的電網用戶有時卻少交了電費，而安裝了基波電能的基礎上再加上諧波電能的電網用戶，不僅設備容易收到損害，電費也計量的不夠準確。經過總結，在諧波環境下，電能計量存在主要問題包括：

1.1供電系統中的輸變電設備吸收了大部分的諧波功率，造成了供電設備壽命的縮短，增加了供電成本，還帶來了電量不平衡、高損耗的結果。

1.2諧波電能損壞了供電系統中的線性負載，增加了線性負載用戶的費用負擔。但是非線性負載用戶卻由于諧波的較少注入而減少了電費。這說明諧波對于傳統和職能電能計量方式的影響造成了管理上的不合理。

1.3目前各種用戶的電能計費因素對電力設備傳輸、線損、設備的消耗等等都有很大的影響。甚至給供電企業和用戶帶來巨大的經濟損失。

2、諧波對有功電能表計量的影響

利用數學模型對感應式電能表的基波電能和諧波電能的累加后，得到多個頻率響應曲線，表明在諧波電壓和電流相角發生變化時，電能表對基波拉過和諧波的讀數與同時計量的基波和諧波的讀數不一致。例如電流大小不變，當諧波次數較高，智能式電能表的諧波電能臂諧波電壓相位大。

智能式有功電能表的設計為保證在工頻的頻帶范圍內，保持正弦波形的最佳工作性能。可以通過誤差補償來進行電網電壓和電流的波形畸變。當基波功率疊加到單一諧波功率時，電能表顯示的誤差收到基薄和諧波功率的影響，相同的時候為正，不同的時候為負。不論是理論分析還是實驗結果都表明，電能表計量的電能量的大小取決于基波占有的比例、諧波的階次高地以及電能表負載的程度等。

3、諧波對電能計量結果的影響

通過對諧波污染較為嚴重的用電客戶的調研和分析，根據現場收集到的資料，使用實時數字仿真系統進行模擬實驗，得到的諧波情況，使用模擬系統將智能式電能表和電子式電能表的電能計量加以分析和計算，得到的實驗結果為：

3.1電能表的頻率特性收到諧波的影響較多，尤其是對計量結果的影響。這表明嗲能表的運行的是否穩定，取決于它在諧波功率下對電能計算誤差的大小。在實踐中我們發現，感應式電能表接入電路后，在諧波的運行狀態下，只要電能表發生了頻率上的變化，電能結果必然出現誤差。造成這種誤差的原因，主要是由于電能表的頻率收到非純電阻的轉盤的感抗分量的影響，引起阻抗的改變，從而改變了電能表的轉速，使得計量結果出現誤差。再就是電流線圈當中的驅動力矩發生了變化，導致電能表的轉速發生了改變，從而產生了計量結果的誤差。還有就是電壓線圈磁通量的變化是隨著頻率的改變而發生驅動力矩的改變的，這種改變也會導致電能表的計量結果出現誤差。

3.2對感應式電能表的電流進行新號檢測中，我們發現，諧波狀態下的信號電流發生畸變的程度是受到電流和電壓的波形變化的影響的。當電流和電壓的波形新號于正弦波形發生了較大距離的畸變后，根據諧波功率計算出的計量結果，誤差是在允許的范圍內的。

4、諧波對無功電能表計量的影響

無功的傳輸可以降低發電機和變壓器的有功傳送能力，同時增加線路的損耗，而諧波加劇了這種影響。無功電能表的計量是通過對輸入電壓和電流的移相實現跨相接線和電壓回路的串接。在諧波環境下，正弦的感應式無功電能表的電壓、電流回路的阻抗變化會出現較小的相位變化。到余弦感應式無功電能表的不正確移相。與有功的計量相比，電子式電能表通過電壓延時計量的方法，在諧波環境下，實現了正確的移相。以試驗為例，設備包括諧波功率發生器、多功能電力分析儀、無功電能表、波形記錄儀等。

利用波形記錄儀對無功電能表進行脈沖輸出后，記錄下電壓源和電阻的無功功率，計算出測量的精度、頻率的范圍。實驗結果表明，感應式無功電能表計量的無功功率增幅隨著頻率的增加而發生了下降。在諧波無功功率增幅較大的時候，電子無功電能表的增幅卻發生了下降，這是相位誤差以及常用余弦感應式電能表對諧波無功計量的誤差最大為三倍，電子電能表對諧波無功的計量絕對誤差為兩倍。因此在諧波環境下的無功計量存在很大缺陷，建議在污染較為嚴重的地區應使用基波和諧波無功分別計量的無功電能表進行電能的計量。

5、對諧波影響的防范措施

綜合各種因素，在計量基波的計量方式的基礎上提出了一種帶加權系數的、對基波電能及諧波電能分別計量的改進的電能計量方式，該計量方式能有效防范諧波對電能計量結果的影響。具體的計量公式如下：

分析結果說明，采用基波計量的方式，采用電子式電能表的計量誤差會比較大。分別采用改進的基薄電能和諧波計量方式，也許是對電能計量結果影響最小的有效的防范諧波的措施。具體的改進的實際操作中，可以針對諧波能量和基波能量的計量成本進行核算后，提出新的電能計量方式，在諧波污染較為嚴重的供電系統，如大中型用電客戶中，設計出能夠便于測量而且保證計量方法較為準確的諧波和基波分別計量的方式，對于最終測量結果的科學性和精確性十分有效。今后隨著電子技術的發展，相信新的計量方式還會更加完善。

結語

根據諧波對電能計算結果的影響的分析，我們知道了諧波對電能計量的準確性的影響是十分巨大的。要實現電力的市場化運行，采取有效的防范措施，改進電能計量方式，就要采取技術手段干預諧波條件下的電能計量方式。并且還要控制諧波污染嚴重的問題。通過采取合理的改進措施改善電網的運行環境，獲得更好的市場和經濟效益。

參考文獻

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