浅谈电力谐波在电力计量中的重要性.doc

1、浅谈电力谐波在电力计量中的重要性摘 要：本文通过阐述了电力谐波对电力网路中各种电力设备的影响及对供电和用电设备使用的影响导致的后果，总结了谐波对电力计量装置的影响规律,并以此建立了电力谐波作用下的电力计量技术。关键词：电力系统；计量；谐波； 中图分类号： F407.61 文献标识码：A 文章编号： 随着国民经济和电力工业的飞速发展，用电负荷日趋复杂和多样化，一些具有非线性、冲击性、不平衡特征的负荷设备，如半导体整流和逆变装置以及变频调速装置等电力电子设备，都会不同程度地产生谐波污染，影响电网的电能质量。 近年来，全球范围内因电能质量引起的电力系统及电力设备事故屡有发生，每年因电能质量不合格而引

2、起的国民经济损失极为严重。在电力已成为当今社会主要能源支柱的今天，全社会越来越依赖供电系统的可靠性同时也对供电质量提出了越来越高的要求，电力部门如何积极采取措施保证为社会提供优质、可靠的电力是重大问题。 1、电力系统供电质量保证的重要课题是对谐波测量和监控。 谐波的测量是解决谐波问题的关键，它是研究谐波影响的出发点和依据。通过谐波的测量，技术人员可以实时监控电网中的谐波量和方向，以此判断谐波的流向，从而计量正反向的谐波电量、各次谐波的含油率、电压、电流的幅值、相位等参数，这些数据能为电力部门治理谐波提供可靠的依据。由于谐波的特性是分线性、分布性、随机性、非稳定性和成因复杂，所以对谐波的测量是较

3、为困难的。目前在电力网路中对谐波的测量有以下几种方法：采用模拟带通或者带阻滤波器测量、基于傅立叶变换谐波测量；基于瞬时无功功率的谐波测量；基于神经网络的谐波测量；利用小波方法的谐波测量。这些方法各有其优势和缺点，其中傅立叶变换的频域分析是对谐波测量的最为广泛的方法。 2、谐波与电能计量 电能计量是电流、电流共同作用的结果，一般来说，电流波形的畸变度主要由负载性质决定，而电压波形的畸变度主要由接线方式及设备性能决定，所以讨论谐波对电能计量的影响时，应该两者综合考虑。即使同一负荷，如果运行的环境不同，谐波对计量的影响都会有所差异；如：35KV 供电电压等级比 10KV 高，电压的畸变度小，谐波的影

4、响也相对较小；供电线路首端比末端的计量点受谐波的影响小；专线计量点比处于负荷中心的计量点受谐波的影响小等。 谐波的作用是影响整个电力系统的电压，所以对电能的计量也会产生负面的影响。这些谐波主要是针对电能表频率产生负面效应，所以电能表的频率响应特征是研究谐波和电能计量的重要数据依据。实践中通过对不同种类电表的频率响应特征的测量和分析，证明了感应是电能表和数字式电能表的对谐波的频响特征的差异。感应式电表随着高次谐波的增加，频率响应曲线有逐渐增多的衰减特征，按频次计算，到九次的时候衰减就能够达到 80%以上，这主要是因为感应式电表的圆盘涡流路径的等效圆盘阻抗角会随着频率的增高而增大。而电子式的电表其

5、频响特征曲线较为平坦，可以认为没有衰减，是宽带响应特征，电子表的宽带主要受互感器频带和乘法器时钟频率限制较多。其原因如下： 2.1 谐波功率 在实践中对感应式电表的工作原理可以知道，同频率的电流和电压的磁通之间产生作用才能产生转动的力矩。而谐波对感应式电表的影响就是产生的异常频率，导致电表的电路电压电流产生异于网络的功率（谐波功率） ，从而影响了电表对电量的计量。 实测中谐波功率的产生有这样几种情况： （1）电压为正弦波，电流异常。这时如果电流的异变率小于 10%时，对电表的影响可以忽视，但是随着电流的增大，电表的误差也会随之增大，形成正向误差，这就是因为磁路的非线性变化导致了电压磁通中出现了

6、谐波导致的附加电流磁通，增加了原有的正常力矩。 （2）电流正弦波正常，电压出现谐波干扰。在这样的情况下，谐波电压的磁通与电流磁通分量产生了附加力矩，在电源异常率在 30%以下时，力矩值较小，这时的谐波功率影响可以不计，但是如果超出就会造成计量异常。 （3） 当谐波对电流和电压都产生影响的时候，这时就要利用谐波功率流向图来进行谐波功率分析。设电源发出的基础波功率为 Pg，线路吸收的基波功率为 Pf，线性负荷、非线性负荷的基波功率可以为 Pl 和Pn；线路、线性负荷及非线性负荷吸收的 h 次谐波功率分别为 Pfh，PLh 及 PNh。则基波功率和谐波功率守恒表达式如式：PG=Pf+PL+PN（1）

7、0=Pfh+PLh+PNh（2）由式（2）可得：PNh=-（Pfh+PLh）0（3）经过公式计算，非线性负荷发出的谐波功率实际上又被系统中的电源、线路或线性负荷所吸收。又因为非线性负荷本身不是电源，不可能产生能量，所以作为谐波源，其能量只能来源于自身吸收的能量。由此可以得出结论；谐波功率是由非线性负荷从系统中吸收的基波功率中的一部分转化而来的。通过上述谐波功率的分析，可以得出电能表计量的线性负荷的电能值 WL、非线性负荷的电能值 WN 以及电力系统由于谐波损失的电能值Wf。WL=（PL+khPLh）dt（1）WN=（PN+khPNh）dt（2）Wf=（Pfh）dt（3）式中：kh 为第 h 次

8、谐波下电能计量衰减的频率响应系数。 2.2 谐波对电能计量影响规律 2.2.1 感应式电表计量影响 在实践中建立起来的感应式电表的频率特征模型，其采用的是MATLAB 数学工具软件模拟仿真，对收集的数据进行了图形化处理，这让技术人员可以直观的看到电流输入和储层之间的关系。经这样的过程，可以看到感应式电表在受到谐波影响时的误差频率曲线，不同的曲线可以反映不同的谐波功率作用下的电表误差。规律是： （1） 感应式电表的计量误差频率特征曲线成快速下降趋势，也就是感应式电表在计量高频电能时容易出现误差； （2）计量所产生的误差随频率增高而增大，当频率达到 1000 赫兹的时候，其误差已经到达了 90%以

9、上； （3）在不同的功率因数下，其误差也会随之改变。 2.2.2 电子式电表计量影响 电子式的电表其误差可以从仿真实验中得出，规律是随着频率的升高而误差增大，整个曲线可以看出是一个二次曲线。和感应式电表相同的是，电子式电能表的计量误差会随着谐波频次的升高而增加，整体看，电子计量电表的误差要远远小于感应式电表，20 次谐波频率特性误差总计不超过 4%。 3、谐波与电能计量方式的应用和发展 3.1 在谐波作用下的电能计量应用 目前在谐波作用下的电能计量有以下三种方式。 （1）对电表的功率反应性能进行提升，也就是让电表尽量反应实际的功率，即基波和谐波形成的综合功率，也就是全能量计量方式。 （2）对谐

10、波进行滤除或者忽略，让电表只反映基波功率，这种方式是基波电能计量。 （3） 利用电表对基波功率和谐波功率进行分辨和区别计量，这种方式成为谐波电能计量。目前国内采用的大多是全能量计量，这样就容易导致计量在谐波作用下产生较大的偏差，所以谐波计量将成为发展方向。 3.2 谐波计量对计量方式发展影响 目前我国使用的是全能量计量方式，在这种计量方式中当基波电流稳定的时候计量是十分准确和可靠的，但是只要电路内出现谐波干扰，且超出了允许误差的最大值时，全能量计量就失去了真正的作用，误差增大。在这里，未来的电力计量的发展方向将是谐波和基波分辨性计量的趋势。也就是在实验中建立一个简化的电力系统，将谐波影响下的计

11、量电表的误差进行模型化处理，以此形成基波线性模型和谐波作用下的非线性模型，这样将二者的特性进行区别，形成谐波作用下的有效电流值并应用到计量实践中，以此指导建立有效的谐波计量技术。 电力系统谐波测量方法电力系统的谐波都是由谐波源产生的,谐波源产生的谐波电流在系统内的传输设备和线路上产生的谐波性电压下降,从而形成了系统内部的谐波电压,反过来影响到系统内的正常电压。从而导致了系统电能质量下降。 4、结束语 综上所述：随着越来越多的大功率电子装置的应用, 电力系统中谐波问题越来越严重；因此, 研究抑制消除电力系统中的谐波, 确保电力系统能安全稳定运行是十分必要的。同时，谐波抑制是一个长期的综合性的治理过程, 只有各个方面都严格按照规定标准执行, 才能既减少电能损耗, 又能保证电气设备安全稳定运行。