基于電子式電能表諧波條件下電能計(jì)量影響分析與試驗(yàn)

摘要：隨著生產(chǎn)生活對(duì)于電力需求的不斷增加，電力系統(tǒng)承受的負(fù)荷程度正在不斷加劇，導(dǎo)致了諧波電流、電壓成分的持續(xù)增加，引發(fā)了電力網(wǎng)絡(luò)的污染現(xiàn)象。基于此不良發(fā)展現(xiàn)狀，本文將以諧波條件對(duì)于電子式電能表計(jì)量功能的影響作為主要論題，展開針對(duì)性的分析，分別從理論層面和試驗(yàn)層面展開論述，最終借助試驗(yàn)得到的分析結(jié)果作為論據(jù)，以期能夠?yàn)殛P(guān)注該話題的人士提供理論層面的借鑒。

關(guān)鍵詞：電子式電能表；諧波條件；電能計(jì)量

隨著世界經(jīng)濟(jì)體系不斷地發(fā)展完善，電能逐漸成了促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)水平提高的重要資源，所具有的支柱型地位越來越多地得到了國(guó)際上的普遍認(rèn)可。電能表最基礎(chǔ)的功能正式計(jì)量功能，甚至可以說電能表計(jì)量的精準(zhǔn)度，直接影響到了商業(yè)貿(mào)易計(jì)算環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)程度。當(dāng)前，電力網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部存在的諧波成分，對(duì)電能表計(jì)量功能產(chǎn)生的阻礙作用正在不斷深化，亟待通過試驗(yàn)研究諧波條件下電能表計(jì)量的變化情況。

一、 基于電子式電能表諧波條件下電力計(jì)量的影響

（一） 電子式電能表電力計(jì)量運(yùn)行原理

電能表作為專業(yè)測(cè)量電能情況的儀表，在電力系統(tǒng)的生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)具有重要的使用價(jià)值，甚至電能表對(duì)于電能情況計(jì)量的準(zhǔn)確性，會(huì)對(duì)電能的管理效率產(chǎn)生直接的影響。電子式電能表屬于較為常見的電能測(cè)量?jī)x器，它所具有的頻響呈現(xiàn)出什么樣的特點(diǎn)主要受到乘法器的影響，運(yùn)用時(shí)分割乘法器的電子式電能表主要受到分割頻率的影響。一般來說，具有較寬工作頻帶的電能表，同樣不會(huì)有過高的時(shí)分割頻率，再加上工作頻率會(huì)受到互感器、變壓器等設(shè)備的影響，因此會(huì)變得比較窄，可以用來測(cè)量工作過程中的頻率信號(hào)情況。能夠產(chǎn)生數(shù)兆赫茲頻帶寬的通常是運(yùn)用了吉爾伯特乘法器的電子式電能表，在計(jì)量時(shí)的精準(zhǔn)程度通?？梢愿咭恍?/p>

（二） 諧波和電子式電能表的關(guān)系

電子式電能表在測(cè)試不同信號(hào)波形的時(shí)候，產(chǎn)生的響應(yīng)情況也會(huì)有所不同，所以不同的響應(yīng)情況之間存在著一定的誤差情況。在電子式電能表構(gòu)成功率所包含的電流、電壓這兩大信號(hào)，出現(xiàn)了任意一個(gè)信號(hào)偏離正弦，并且發(fā)生了畸變的情況下，電子式電能表計(jì)量的精準(zhǔn)度就會(huì)受到畸變程度的密切影響，但是產(chǎn)生的誤差范圍通常不會(huì)過于偏離。還有一種情況是電網(wǎng)內(nèi)部的電流和電壓，分別存在著不同程度的畸變，但是基于電子式電能表具有較寬的頻帶作為支撐，所以在計(jì)量時(shí)不會(huì)產(chǎn)生誤差情況。綜合以上分析，明顯可以看出電子式電能表在響應(yīng)諧波功率或者基波功率的時(shí)候，產(chǎn)生的響應(yīng)程度大體相同，因此電子式電能表能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于諧波功率、基波功率的統(tǒng)一計(jì)量。

二、 基于電子式電能表諧波條件下電力計(jì)量的試驗(yàn)

（一） 試驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

開展試驗(yàn)?zāi)軌蚋鼮槊黠@地看出電子式電能表諧波條件下，對(duì)于電能表計(jì)量精準(zhǔn)度的影響情況，在試驗(yàn)的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)要按照國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)先搭建較為標(biāo)準(zhǔn)的電能表計(jì)量影響試驗(yàn)平臺(tái)，確保試驗(yàn)全流程的順利開展。在試驗(yàn)的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，需要準(zhǔn)備好一系列的試驗(yàn)設(shè)備，比如能夠承受四相系統(tǒng)的FLUKE 6145A電能功能標(biāo)準(zhǔn)源，以便在試驗(yàn)過程中能夠復(fù)現(xiàn)諧波的失真情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)于諧波的調(diào)整和控制。另外就是將電壓的輸出范圍控制在0～1008V以內(nèi)，電流控制為0～21A，以此保證電流和電壓在試驗(yàn)過程中能夠滿足100次諧波輸出次數(shù)的要求。選定的電子式電能表最好是國(guó)內(nèi)先進(jìn)制造商所生產(chǎn)的具有三相四線制的類型，以此保證試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作的質(zhì)量。

（二） 電壓電流線路諧波試驗(yàn)

本次試驗(yàn)的重點(diǎn)在于測(cè)量電壓電流線路內(nèi)部諧波的數(shù)量情況、交流電路承載的次諧波情況等等。首先，要將被測(cè)量電能表的電流及電壓線路連接到FLUKE 6145A的電壓、電流輸出線路，以便順利將諧波導(dǎo)入到即將被測(cè)量的電子式電能表內(nèi)，這樣一來FLUKE 6145A就可以幫助執(zhí)行電能表的計(jì)量功能，準(zhǔn)確衡量出試驗(yàn)環(huán)節(jié)電能表計(jì)量誤差的變化情況。開始試驗(yàn)后，需要先利用電壓電路線路里的諧波，針對(duì)性的測(cè)量電子式電能表在受到諧波以及正弦波影響的前提下，所產(chǎn)生的誤差情況的具體數(shù)值，得到的平波波形試驗(yàn)電能表參數(shù)量情況大致單次諧波在試驗(yàn)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的電壓幅度整體要控制在0.12U1/h，其中諧波的幅值深受相位、基波所產(chǎn)生的電壓電流幅值所影響，但是最大的電流數(shù)值要控制在1.4Imax以內(nèi)。

（三） 交流電路的次諧波情況

在本文所述的諧波條件下對(duì)于電子式電能表計(jì)量精準(zhǔn)度影響的試驗(yàn)環(huán)節(jié)，對(duì)于交流線路次諧波的試驗(yàn)，需要滿足一定的條件。應(yīng)當(dāng)著重注意在正弦波電流交替兩倍峰值正弦波電流的兩個(gè)周期內(nèi)，試驗(yàn)產(chǎn)生電流情況下及未產(chǎn)生電流情況下，電子式電能表計(jì)量結(jié)果所產(chǎn)生的具體誤差數(shù)值。

本次試驗(yàn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的次諧波波形情況，這時(shí)候所產(chǎn)生的試驗(yàn)電流已經(jīng)達(dá)到了試驗(yàn)原始電流數(shù)值的1.42倍。再加上在交流電路開展奇次諧波試驗(yàn)的時(shí)候，還需要將峰值電流控制在1.4以內(nèi)，以便考察電子式電能表在初始峰值兩倍以及正弦波環(huán)境下，所產(chǎn)生的數(shù)值誤差情況。

（四） 基于試驗(yàn)結(jié)果整體分析

經(jīng)過一系列試驗(yàn)過程后，得到了整個(gè)試驗(yàn)流程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)果。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析明顯可以看出，無論是電壓電流線路中存在的諧波情況，還是交流電路中的次諧波、奇次諧波情況，對(duì)于電子式電能表計(jì)量功能的正常使用，產(chǎn)生的影響基本都比較微弱。其中，對(duì)于計(jì)量功能影響最大的應(yīng)當(dāng)屬于交流電路里的奇次諧波，產(chǎn)生的誤差影響情況達(dá)到了 0.14%，基本上能夠滿足國(guó)際規(guī)定的1/10的計(jì)量誤差范圍內(nèi)，充分說明性能良好的電子式電能表幾乎不會(huì)受到諧波的影響。

三、 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著電子電力技術(shù)在生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，伴隨而生的非線性負(fù)荷程度正在日益嚴(yán)重，導(dǎo)致諧波大量涌入到電網(wǎng)系統(tǒng)，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)供電性能的穩(wěn)定性。但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，電子式電能表能否持續(xù)保證計(jì)量的平穩(wěn)性，嚴(yán)重影響著電力資源供求雙方的利益，因此要展開針對(duì)性的試驗(yàn)環(huán)節(jié)，繼而通過分析試驗(yàn)得到的結(jié)果，得到最為科學(xué)合理的改善措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能表計(jì)量的深入研究。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

吳融會(huì)，江蘇省南京市，南京紫金計(jì)量有限公司。