改進(jìn)電能計(jì)量方法在諧波存在時的應(yīng)用

摘要：諧波對電力系統(tǒng)來說具有非常大的危害，會經(jīng)常引起串聯(lián)和并聯(lián)諧振，造成過電壓或者過電流事故的發(fā)生，使電氣設(shè)備老化的速度增快，產(chǎn)生額外的能耗，增加電能計(jì)量的誤差。文章分析了諧波電能計(jì)量的影響，論述了諧波存在時的電能計(jì)量改進(jìn)方法和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波；電能計(jì)量方法；過電壓；過電流；電氣設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM714 文章編號：1009-2374（2015）35-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.018

1 諧波對電能計(jì)量的影響分析

1.1 諧波概述

按照國際上電工的標(biāo)準(zhǔn)是這樣解釋諧波的含義的，諧波是在一個周期內(nèi)的電器量正弦波分量，通常來說，諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍。然后諧波和基波頻率間的整數(shù)比，叫做諧波次數(shù)。利用電網(wǎng)可以計(jì)算諧波的功率，如果很多的諧波進(jìn)入電網(wǎng)以后，就會導(dǎo)致電能計(jì)量出現(xiàn)誤差。

1.2 諧波存在時的危害

諧波對電力系統(tǒng)來說是一個非常大的危害，會經(jīng)常引起串聯(lián)和并聯(lián)諧振，就會造成過電壓或者是過電流事故的發(fā)生，這樣就會使電氣設(shè)備老化的速度增快，產(chǎn)生額外的能耗，還會導(dǎo)致增加電能計(jì)量的誤差，這樣會嚴(yán)重地?fù)p害通信設(shè)備信號的傳輸。諧波的危害，一方面會嚴(yán)重地影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行；另一方面還會使國家的經(jīng)濟(jì)狀況遭受巨大的損失。因此，一定要加大力量研究分析諧波存在時電能計(jì)量方法的改進(jìn)方法，積極地解決現(xiàn)場運(yùn)行的計(jì)量誤差，以此來提升電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。

1.3 諧波存在時對電能計(jì)量的影響

在諧波存在的時候，就會引起電能計(jì)量產(chǎn)生誤差。在電力負(fù)載上，諧波存在于基波電壓或者是基波電量的過程中，假如說基波電壓和電量始終不變，這時的電能表轉(zhuǎn)盤抵抗和電壓線圈阻抗而產(chǎn)生相應(yīng)的影響就會引起一定的變化。但是，兩者之間阻抗對應(yīng)的電流磁通量存在著一定的關(guān)系，如果阻抗發(fā)生變化的時候，這樣就會嚴(yán)重影響到電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性。

諧波存在的時候，電能表中反映的電能值用公式表示為：E′=C1E1+，這個公式中的基波電能值和h次諧波電能值用E1、Eh表示；同時按照實(shí)際的潮流方向的改變決定了它的符號的改變；電能表也可以體現(xiàn)出諧波和基波比例系數(shù)和h次諧波電能和基波比例系數(shù)用C1、Ch表示。

電能計(jì)量嚴(yán)重地受到諧波功率潮流方向的影響，并且與之有著非常重要的關(guān)系，如果電力用戶是非線性用戶的時候，在一定程度上就會污染到電網(wǎng)，在進(jìn)行計(jì)量電能的過程中，電能表會有相應(yīng)的誤差，這樣就會使實(shí)際繳納的電費(fèi)比應(yīng)繳納的電費(fèi)少，讓國家的經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)重的損失，但是如果電力用戶不是非線性用戶的時候，通常情況下，電能計(jì)量值都會比基波值大，這樣電力用戶就會交較多的電費(fèi)。

1.4 諧波對電子式電能表的影響

針對電子式電能表來說，不同信號被測的波形不同所產(chǎn)生的響應(yīng)也就不一樣，響應(yīng)的誤差也存在著很大的區(qū)別，根據(jù)相關(guān)的調(diào)查結(jié)果，按照正弦函數(shù)的正交的特點(diǎn)，如果電流或者是電壓遠(yuǎn)離正弦同時產(chǎn)生畸變的時候，此時的電能表就會相應(yīng)地產(chǎn)生一系列的計(jì)量誤差，但是這個誤差是非常小的。如果電網(wǎng)中的電流和電壓都產(chǎn)生了畸變，電子式的電能表也會因?yàn)楸旧淼念l帶較寬而可以對諧波功率進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量。

2 諧波存在時的電能計(jì)量改進(jìn)方法及應(yīng)用

對諧波存在對電量計(jì)量的影響來說，就是按照諧波原理和一些產(chǎn)生諧波的比較基本的因素進(jìn)行制約，以此來提高計(jì)量的準(zhǔn)確性。通常采用的方法就是改變諧波的負(fù)載的特性，使電網(wǎng)中注入量減少，這樣就可以在很大程度上提高電能計(jì)量的精確度，還可以降低諧波對電網(wǎng)的污染和危害。

2.1 頻域電能計(jì)量法

這種計(jì)量方法：第一，加窗離散化電流和電壓信號序列，降低頻譜的外泄，這樣就可以有效地防止其對諧波分析產(chǎn)生的影響；第二，對加窗后的諧波電流電壓序列進(jìn)行離散傅里葉變換；第三，運(yùn)用FFT的計(jì)算方法對頻域參數(shù)展開仔細(xì)的估計(jì)計(jì)算，然后從中獲得電流的信號、電壓的信號中的諧波分量品藍(lán)偏差、幅值和相位等等；第四，按照FFT的計(jì)算方法算出加窗以后的電流電壓頻域參數(shù)，然后運(yùn)用下面的公式計(jì)算出各次諧波無功電能和有功電能：

通過相對應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，可以得到諧波存在時對電量計(jì)量影響的數(shù)據(jù)，其中包含了諧波電能計(jì)量仿真實(shí)驗(yàn)和噪聲存在時仿真實(shí)驗(yàn)等，同時也通過三角卷積窗方式完成基波電能的準(zhǔn)確的計(jì)量，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際電能計(jì)量的需求。

運(yùn)用基波計(jì)量方法，能夠選擇基波計(jì)量電能表，進(jìn)行現(xiàn)場的改造，就在進(jìn)行計(jì)量回路的過程中也同樣地安裝一般的電子電能表和基波計(jì)量電能表。例如，一個廣東的企業(yè)就是在現(xiàn)場進(jìn)行改造，使一年諧波負(fù)荷總和達(dá)到0.065MW，基波負(fù)荷10.325MW，諧波負(fù)荷和基波負(fù)荷之間的比為0.629%左右，這個企業(yè)一年用電量如果是95GWh，那么這個企業(yè)一年就可以挽回722MWh的電量，這樣就使這個企業(yè)提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 帶加權(quán)系數(shù)的諧波有功計(jì)量法

帶加權(quán)系數(shù)的諧波有功計(jì)量法，其本質(zhì)就是對基波電能和諧波電能進(jìn)行分別計(jì)量的改進(jìn)型計(jì)量方式，計(jì)算的公式為：

W=W1-Chops∑Whops+ChopP∑Whopp

式中：W1表示了基波電能；表示了正向諧波電能；表示反向諧波電能；表示正向諧波電能的加權(quán)系數(shù)（0<<1）；表示反向諧波電能的加權(quán)系數(shù)（>1）。

通過此計(jì)算方式，不僅可以補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中受到諧波危害的線性負(fù)荷用戶，還可以合理地處理非線性負(fù)荷用戶引起的諧波電能，這樣就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)用經(jīng)濟(jì)手段降低諧波對電力系統(tǒng)影響的目標(biāo)，保證了電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和公平性。這個方法非常適合諧波污染非常嚴(yán)重的系統(tǒng)，比如說發(fā)電站、大動力用戶以及三類用戶等。綜上所述，如果諧波存在時，電能表要及時地對計(jì)量基波電能，同時認(rèn)真地分析諧波的影響程度，這樣就可以保證對基波電能計(jì)費(fèi)有一定的折扣。通過這樣的方式，大的非線性用戶就會積極地運(yùn)用非常有效的解決辦法以此來進(jìn)行諧波的治理，這樣就會對線性負(fù)荷用戶進(jìn)行一定的補(bǔ)償。

2.3 采用全電子式電能表

電子式的電能表有誤差主要就是因?yàn)辄c(diǎn)積算法造成的，因此，改進(jìn)電能表的方式就是首先從計(jì)量算法開始，我們最開始就要仔細(xì)地檢測各次諧波含量，根據(jù)不同的諧波的類型進(jìn)行制定出不同的解決方案。在利用電子式電能表的時候，其計(jì)量的方法是比較復(fù)雜的，所以這個時候就需要轉(zhuǎn)給技術(shù)操作人員進(jìn)行操作，同時對生產(chǎn)成本來說也是比較高的，比較適合運(yùn)用在大中型的工業(yè)企業(yè)中，這樣就可以減少諧波對計(jì)量準(zhǔn)確性的影響。

電子式電能表的計(jì)量方法如下：W=C1W1-Cfin+Cfout。這個公式中，W1代表了負(fù)載消耗的基波電能；Wfint代表了吸收諧波電能；Wfout表示負(fù)載產(chǎn)生的諧波電能。通常都會把C1設(shè)定為1，如果Wfout比1大，這時就會發(fā)出諧波的電力用戶加以懲罰，當(dāng)Wfin介于0～1的時候，這時就會補(bǔ)償給線性負(fù)載用戶。通過這種的計(jì)量方法，在很大程度上防止了計(jì)量不公的現(xiàn)象發(fā)生，同時再運(yùn)用相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)手段，就會嚴(yán)格地控制住電網(wǎng)中諧波的注

入量。

3 結(jié)語

在我國，越來越多的人使用電子產(chǎn)品，就會使大量的諧波注入到我國的電網(wǎng)系統(tǒng)之中，由于諧波存在時會嚴(yán)重地影響到電能的計(jì)量，就會使電能計(jì)量出現(xiàn)很大的誤差，所以這個時候就要及時地改變計(jì)量的方式，最為合理的諧波電能計(jì)量方式就是，能夠分別計(jì)算電力用戶基波電量和諧波電能，然后可以比較準(zhǔn)確地了解計(jì)量用戶的關(guān)于電能的使用情況。因此，我們國家就一定要增強(qiáng)關(guān)于電網(wǎng)運(yùn)行中的諧波影響的分析和研究，進(jìn)而推動我國電力事業(yè)的快速發(fā)展。

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作者簡介：馮文霞（1980-），女，國網(wǎng)江西省電力公司景德鎮(zhèn)供電分公司高級技師，工程師，二級注冊計(jì)量師，研究方向：電能計(jì)量。

（責(zé)任編輯：周 瓊）