1、电网谐波对电能计量影响问题探讨摘要：随着现代工业经济的快速发展，同时非线性负荷的电力设备也在大量使用,所以引起城市电网谐波污染日益严重，由于谐波问题会引起设备发热、振动等问题, 从而造成电能浪费，本文就谐波对电能计量问题进行探讨，提出有效的电能计量措施, 同时分析了有效的电能计量方式所带来的节能效益，以保障电力营运企业的经营效益。 关键词：谐波电能计量节能 中图分类号： TE08 文献标识码：A 文章编号： 1 常见污染源 江西省电力公司 110 kV 及以下配电网星罗密布 , 用电负荷种类很多, 其中不缺少非线性特性的电气设备, 如以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备(气体放电灯、交流
2、弧焊机、电弧炉等) 、以电力电子元件为基础的开关电源设备(各种电力变流设备、相控调速和调压装置、大容量的电力晶闸管可控开关设备) 等, 这些基本上用于化工、电气铁道、冶金以及各式各样的家用电器设备中。这些谐波电流在流动中经过网络阻抗形成谐波电压, 使电网的电压波形产生负面影响,从而影响到其它用户。 由于种种原因，江西地区大部分企业都没有针对谐波问题进行相关的投资, 往往只用电容器作为无功补偿和消谐设备, 而电容受谐波电流的影响较大, 有时还会造成谐波的放大, 所以电容器出现故障的概率较高, 需要经常更换电容器, 所以很多企业谐波问题比较严重。 2 谐波对电能计量的影响 2. 1 电能表模型 江
3、西地区的电能计量表包括电磁式电能表和电子式电能表, 其中绝大部分采用电子式电能表。由于感应电能表有下降的频率特性, 如图 l所示, 其近似模型为: P=PF+(1) 式中, PF 为基波功率, PH 为谐波功率, K H 为对应 H 次谐波功率的特性系数。由于感应式电能表有下降的频率特性, 故有 KH 1, 并且随着频率的增大( 谐波次数 H 的增大) , KH 的值逐渐减小。电子式电能表则基于时分割原理来设计, 使得电子式电能表随频率的变化误差较小, 如图 2 所示。其近似模型为: P=PF（2） 图 1 电磁式电能表频率特性 一般把 P* 称为全能量。可见, 电子式电能表由于频带较宽, 对
4、基波电能和谐波电能都能较图 2 电子式电能表频率特性准确计量, 但由于其将谐波功率和基波功率同等对待, 计量误差将会增大。 图 2 电子式电能表频率特性 2.2 计量误差分析 由以上分析可知, 理论上, 电子式电能表计量值 PD 约等于基波电能与各谐波电能矢量之和;而感应式电能表所计量的电能值 PC 是基波电能与各次谐波电能的“部分”矢量之和( 考虑谐波电能系数) , 比电子式电能表更接近基波电能。 PD=P=PF+ （3） PC=PF+PF（4） 在谐波量较小的情况下, 上述误差可以忽略不计, 但当谐波量较大时, 这两种表就不能适应要求了。事实上, 线性负荷不是谐波源, 不发出谐波, 但系统
5、中存在谐波源时会吸收部分谐波功率； 而非线性负荷是谐波源, 一般是将系统的部分基波功率转变成为谐波功率发送到“系统”中。由于谐波功率是有方向的, 故此上述两种电能表在具体计量时会存在不同程度的误差。此外, 还必须注意到, 谐波功率是不能相互抵消的。谐波功率较大, 并考虑谐波方向时, 可以从 4 种情况来分析电子式电能表的计量误差: 系统无谐波源, 线性负荷的电量计量。 P=P=PF （5) 系统无谐波源, 非线性负荷的电量计量。 系统存在谐波源, 非线性用户的电量计量。 这种情况比较复杂, 可以说是多谐波源相互影响的复杂关系。非线性负荷作为一个谐波源,会向外发出谐波, 但同时又会受外来谐波的影
6、响,此时需要考虑实际的谐波功率流动情况, 但一般地, 非线性负荷仍以发出谐波功率为主。 3 谐波对电能计量的影响 电网的高次谐波对电能计量的准确性有影响，当谐波含量满足国标规定时，误差影响微小，当谐波含量超过国标规定时，无论是电磁感应式电能表还是全电子式电能表，误差影响均较大；即谐波含量愈高影响量越大，电能计量误差也越大。 对同一计量点，在谐波超过国标规定时，采用相同准确级别的全电子式电能表和电磁感应式电能表，计量电能量是有较大差别的；对大功率变流设备、电弧炉等产生高次谐波的电力负载用户，为了只记录负荷消耗的基波有功电能，用电磁感应式电能表比用同准确级别的全电子式电能表更合理。当谐波源来自电网
7、时，前者数值较大；当谐波源是用户时，则情况相反。 电磁感应式电能表产生误差的原因很多，在这里只考虑系统频率偏移和谐波的影响。电磁感应式电能表的设计是按基波情况考虑的，在负荷电压、电流不变的情况下，当频率变化时，由于电压线圈阻抗的变化，会导致电压工作磁通发生改变，同时由于转盘阻抗的变化会使电流磁通也发生变化，从而影响电能表的测量精度。 从电工基础知识和电能表工作原理可知，只有同频率的电压和电流相互作用才会产生平均功率，电能表也只有同频率的电压和电流产生的磁通之间相互作用才能产生转矩。 4 结 论 无沦是感应式电能表还是电子式电能表,都能对基波电能和一定频率范围内的谐波电能进行计量。当忽略不计测量
8、元件造成的对不同频率电量的测量误差的影响时, 可认为对不同性质的负载所做的电能计量是准确的。 一般情况下, 谐波源以发出谐波功率为主, 则用户少交电费, 而电能表计量少于基波功率, 供电方也少计费。这样计量的直接后果是不危害系统的线性负载, 由于被迫吸收了谐波功率而多交电费, 而产生危害系统的谐波功率的非线形负载, 却因此而少交电费。从效果上看, 这种电能计量方式起到了鼓励用户向系统注入谐波的作用,显然是不合理的。 合理的谐波监测和计量不仅能达到降损节能的直接效果, 还有效地促进了电能的合理分配使用, 进而极大地促进了电网的供电性能。 4 结 语 总而言之，谐波对电能计量的准确性和合理性有很大的影响。采用分别计量基波电能和谐波电能，记录谐波电能方向的计量方式是比较合理的。按照电力成本合理分摊的电价体系，对吸收谐波电能的客户在电力价格或用电量上适当给予谐波分量补偿，所以要重视和研究电网运行技术规范以及电网商业营运规则。 参考文献 1林海雪, 孙树勤. 电力网中的谐波M . 北京: 中国电力出版社, 1998. 2张直平. 城市电网谐波手册M . 北京: 中国电力出版社,2001. 3夏道止. 高压直流输电系统的谐波分析及滤波 M . 北京: 水利电力出版社, 1994. 4肖湘宁. 电能质量分析与控制M . 北京: 中国电力出版杜.2004.
