浅析电力谐波对电能表电能计量的影响

浅析电力谐波对电能表电能计量的影响

何超超

国网新疆电力有限公司塔城供电公司，新疆塔城市 834700

摘要：当下,人们对电能质量要求越来越高,电力用户除了把电压和频率作为主要的关注对象,也更加注重供电系统的谐波。所以,研究谐波问题势在必行,本文分析了电力谐波对电能计量的影响以及相应的研究方法,并对计量准确性的提升提出了一些方法。
　　关键词：电力谐波电能计量电子式电能表电度表
　　在我国的电力建设中，非线性用户向电网注入的谐波越来越多，其不仅影响电能计量，还将造成计量漏计的现象，严重危害电力安全。下面本文就在分析电力谐波对电能计量的影响基础上，对合理电力计量方式进行探讨。

1谐波与电能计量的联系

谐波指的是一种周期性的正弦能量,其幅值比基波小,频率是50Hz基波的整数倍。谐波功率通常是由非线性设备引起的,主要有两种,一是有功功率,二是无功功率。谐波的有功功率来自用户消耗,方向和基波功率相反。因此,在输配电设备正常工作中,谐波有功功率常会引起故障产生,使其不能进行正常输电发电。
2电力谐波的产生原因
2.1当发电机的电源质量不高时，就将会产生谐波【1】，这是因为发电机是由三相绕组而成的，这在制作上是很难绝对对称的，因此，其发电机的铁心也难做到均匀一致，因此，其产生的电源多少也会带有少量的谐波。
2.2在用电设备中，大都会采用晶闸管整流，特别是在开关电源、电力机车、充电装置、铝电解槽上也得到了广泛的应用，这就会产生大量的电力谐波。对于电弧炉、电石炉等，会因为三相负荷的不平衡而产生电力谐波，从经变压器注入电网；而在气体放电类的电光源中，如荧光灯、高压钠灯、高压汞灯，也会给国家电网造成电力谐波；对于调光灯具、电视机、计算机、录像机等家用电器，也会因为调压整流装置而产生电力谐波，严重影响电能计量的准确性。
2.3在国家电网中，其输配电系统也会产生电力谐波，这是由于输配电系统的电力变压器里面，会因为变压器铁心的饱和，使得磁化电流呈现出尖顶波形，因此具有电力谐波。
3电力谐波对电能计量所产生的具体影响
3.1对与不同类型的电能表频率进行响应测试，其中感应式电能表在2次以上的电力谐波中衰减特性逐渐增大，直到第9次时，可以衰减掉80%以上；因为在感应式电能表中，其圆盘涡流路径等效与圆盘阻抗角，可以随频率增高而去增大然而电子式电能表中，它是呈宽带响应特性的，因此，它的电子表带宽会受到互感器频带以及乘法器时钟频率的限制[2]。
3.2电力谐波不仅会增加电动机的有效轴功率，还会增大其附加损耗，严重缩短电机寿命，损害我国电力系统的运营安全，在电磁感应式电能表中，会因为系统频率偏移以及谐波的影响而产生误差，这是由于电磁感应式电能表，其设计就是按基波来情况考虑的，当负荷电压与电流不变时，其频率的变化以及电压线圈阻抗的变化，均会会导致其电能表中电压工作磁通的改变；而且电能表中，也会由于转盘阻抗变化，从而引起电流磁通的变化，影响电磁感应式电能表测量的精度。在感应式电能表基础上，改进感应式电能表电能计量的非线性数学模型，以全能量为计量标准或者是以基波能量为计量标准的时候，由于感应式电能表误差频率特性曲线下降，因此，电能计量中电力谐波对感应式电能表测得的电能计量会产生较大影响。感应式电能表频率的响应曲线，会随着频率增大而增大，因此，感应式电能表的电能计量要大于基波和各次谐波电能的和。
3.3在电子式电能表中，根据其时分割乘法器结构和工作原理，可以建立仿真的乘法器模型，并通过计算分析以及仿真分析的方式，分析电力谐波对电能计量的影响。可知在电子式电能表的电能计量上，其误差因频率变化的影响比较小，电子式电能表对各次电力谐波的响应系数为Kh≈1，所引起误差频率特性曲线也较为平坦，因此，在电力谐波中使用电子式电能表误差较小。电子式电能表中，电能基本表达式如公式1所示：
　　公式1：W（t）=∫p（t）dt=∫u（t）i（t）dt
　　其中，u、i、p就是瞬时电压、电流以及功率值，其测量电能计量的原理就是将电压与电流相乘，然后将时间上累计起来，将功率转换为脉冲频率输出来实现积分。
3.4电力谐波是有害而无利的，当非线性用户向我国电网注入谐波功率时，电力系统中的谐波和基波相迭加，其波形将会发生畸变，由于电能表中电压与电流产生间不能因磁通而产生转矩，从而导致转矩与平均功率会产生误差。基波在电能中具有重要作用，可以根据基波电能值来合理地确定用户电费情况，不仅可以减少谐波对电能计量的损害，还将会维护线性用户的用电安全。电力谐波是有害的电能，电力谐波会严重影响我国的用电安全，而且电力谐波向国家电网的传入也将影响国家电网的经济效益，应该制定相应的措施来治理电力谐波危害，对非线性用户进行相应的处罚，维护国家电力安全。
　4合理电能计量方式的选择
　　电能计量的精度关系到我国电力的经济效益与社会效益，为了合理计量用户所消耗的电能，因此，应针对含高次谐波的线路用户，选用电量平衡统计以及贸易结算电能表，严格按照国标要求来进行谐波治理，选择合适的电能计量方式，可以有效降低电力谐波对电能计量的影响[3]。

4.1电力谐波大量注入电网中，会使电力系统的电压以及电流波形发生严重的变形，影响仪器、仪表的准确性，然而电力计量是关系到电力供需双方积极效益的关键，也是电网经济的核算依据，因此，降低电力谐波对电能计量的影响是十分必要的。
　4.2在我国的电能计量中，对与同一计量点，当电力谐波以超过国标上的规定时，可以采用相同准确级的全电子式电能表或者是电磁感应式电能表，也可以使用具有计量谐波分量的多功能电能表。
　4.3当电力谐波是大功率变流设备以及电弧炉等电力负载产生的时候，其电能表中会记录负荷消耗基波有功电能，此时采用电磁感應式电能表更合理；如果是电力谐波是由电网产生的时候，可以采用全电子式电能表，能反映出实际的电能计量。
　　电力谐波对电能计量的影响，可以采用合理的计量方式，按照电价体系中电力成本合理分摊的原则，对吸收电力谐波的用户，在其电力价格以及用电量上给予适当的谐波分量补偿，并按谐波分量比例调整用电价格，综合治理非线性负载用户谐波，用高精度电子式电能计费表计，降低谐波对电能计量的影响。
5结语
　　由上可知，随着我国电力系统中，非线性用户负荷数量越来越多，其谐波也向电网大量注入，影响电能质量的同时也给电能计量带来一定的误差。从电能的计算原理以及电能表的计费原理中，综合治理非线性负载用户的谐波，用高精度的电子式电能计费表计，可以很好的降低谐波造成的计量漏计现象，为用户与供电部门提供更好的经济效益。
　　参考文献
　　[1]叶向明.电力谐波自身技术的发展与改进在电力计量中的应用刍议[J].中国信息化，2013（12）：124-125.
　　[2]胡连贵.探析电力计量中对电力谐波的技术改进和控制[J].中华民居，2012（7）：56-57.
　　[3]刘进勇.浅谈电力谐波在电力计量中的应用及发展[J].城市建设，2012（9）：89-90.