波對電能計量的影響及改進對策

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諧波對電能計量的影響

1.諧波對感應式電表的影響感應式電能表只在工頻附近很窄的頻率范闈，且電壓和電流為正弦波條件下才能保證最佳的工作性能。大量的研究結果表明，當系統中電壓和電流波形因各種原因有畸變時，感應式電能表的測量準確度將下降。這主要是因為在負載上當基波電壓和電流不變而又含有諧波時，電能表電壓線圈阻抗和轉盤阻抗都會變化，導致電壓工作磁通和對應的電流工作磁通變化，從而影響電能表的計量精度。同時，當存在諧波電壓與諧波電流時，由諧波和基波疊加而成的波形發生畸變，但是由于對應鐵芯導磁率的非線性，磁通并不能相應的成線性變化。根據電路原理，只有同頻率的電壓和電流相互作用才產生平均功率：同樣，根據電磁感應式電能表的工作原理，只有同頻率的電壓和電流產生的磁通相互作用才能產生轉矩，畸變的波形通過電磁組件以后，由于磁通不與波形對應變化，導致轉矩不能與平均功率成正比而產生附加誤差。2.諧波對電子式電表的影響全電子式電能表對不同的被測信號波形的響應也不同，相應產生誤差也有所差別。大量的研究結果表明，依據正弦函數的正交性，當構成功率的壓和電流信號中只有一個有畸變時，隨畸變程度的不同，全電子式電能表出現測誤差，但誤差不大。當電壓和電流信號波形都有畸變即存在諧波功率時，全電子電能表測得的電能值與理論計算結果相比，誤差不大，可以忽略。此時，全電子電能表計量的是基波和各次諧波電能的代數和。從電能計量準確性這個角度來考慮，系統中存在諧波時，全電子式電能表計量誤差較小，在一定的頻帶內能夠準確反映流入電能表的總電能。應當指出，在測量電能量時，電網電壓和電流要經測量用互感器轉換成弱信號后才送人電能表，因此測量用互感器的準確度直接影響著測量結果的準確度。如果測量用互感器特性存在非線性，當畸變信號經過互感器時，互感器對各次諧波成分的轉換比例就不一致，從而使被測信號發生變形。在這種情況下，測量誤差也會很大。研究發現，在波形畸變情況下，互感器的波形交換誤差隨諧波次數的增加而非線性地增大，偶次諧波的波形變換誤差比奇次諧波更大。

電能計量的改進

因為目前大多數用戶均為非線性用戶，能夠測量出用戶向系統中發出的諧波功率，以及他們從系統中吸收的諧波功率，是準確計量的關鍵部分。只有準確計量用戶發出和吸收的諧波功率才能夠準確對用戶的用電水平和其對電網所造成的影響進行評價。為了能夠準確地計量用戶吸收和發出的諧波，應該在電能表技術中引入諧波源的判斷和識別技術。目前主要有基于功率潮流和諧波阻抗的諧波源辨識和檢測的方法，如功率潮流法、臨界阻抗法、微分方程法、基于最dx-乘法以及基于全球定位系統(GPS)等諧波源辨識方法。應用這些諧波源辨識技術在電能計量中，則能夠對用戶所吸收和發出的諧波功率進行更準確的計量。針對沖擊性負荷，由于數字式計量表中所采用的FFr在時域中沒有局部變化的能力，所以可以考慮將具有良好時一頻局部變化特征的小波變換應用在電能表中，兩種方法結合使用，以計量在沖擊性負荷的情況下，用戶所消耗的實際電能。在計量方式上，應采用基波電能和用戶吸收和發出的諧波電能分別計量的模式。此方式考慮到將負載所吸收和發出的諧波功率分別計量，從而達到計量結果的公平合理。

電能是國民經濟和人民生活的主要能源，電能計量必須準確合理。但是隨著大量非線性負荷的應用，電網中諧波普遍存在，對電能計量造成較大的影響。因此，諧波對電能計量的影響受到各方面廣泛的關注。總之，諧波電流是由于電力系統的非線性負荷導致的電流畸變，嚴重危害輸電線路和運行設備，增大了電能表的計量誤差。隨著電力科技的發展和更新。完善電能表的計量功能，消除諧波帶來的不良影響，會取得更大的進展。

本文作者：韓冬工作單位：哈爾濱電業局農電工作部