谐波背景下电能计量系统的计量误差分析

2016-02-05杜锦阳

中国设备工程 2016年15期

关键词：基波电能表谐波

杜锦阳

（广州供电局有限公司，广东广州 510730）

谐波背景下电能计量系统的计量误差分析

杜锦阳

（广州供电局有限公司，广东广州 510730）

电能计量系统是计量电能使用情况的仪器，受到电网运行中所产生的谐波影响时，电能计量系统所收集的计量数据信息会不够准确。电能计量系统产生计量误差，不仅会给供电公司造成经济损失，对电能用户也会产生一定的影响。本文针对谐波背景下电能计量系统的计量误差进行分析。

电能计量系统；谐波；计量误差

现行的生活、生产中电能是重要的能源。电能作为供电企业的特殊产品，也是企业经济收入中的重要组成部分。电能计量系统对电能用户的电能使用量进行计量，如果存在计量误差，就会给供电企业造成一定的经济损失。

目前的电网运行中会产生谐波，是由于用电设备的技术越来越先进，设备的电能容量以及负荷都有所提升，就会导致谐波产生，对电力系统的稳定性造成了不良影响。对于供电企业而言，电能计量系统的数据是对电能用户收取电费的依据，谐波引起电能计量系统出现计量误差，就会导致计量数据缺乏准确性。

1 电能计量系统在谐波下所产生的误差

如若电能计量系统出现计量误差，那么，一定就是装置上存在问题，一般情况下，可以将其分成TA误差、电能表误差以及电压互感设备误差。实现对电能计量系统的误差探究从以下两方面进行着手。

（1）电子类型的电能表概述。电子类型电能表涵盖电子类型以及机电类型的电能表两类，后者一般是利用电子方面以及测量的类似部件构成，而这类的电能表波形信号装置一般都通过脉冲信号，以致于其也被称作感应类型的脉冲电能表。电子类型的电能表也被称为精致类型电能表或固态类型多动能电能表，且其大都由集成芯片构成，利用电子电路进行实现。电子类型的电能表有可分为数字型以及模拟乘法式电能表两类。

（2）CVT谐波测量所产很的误差分析。通常在谐波的作用下，可以对阻尼设备、电抗设备以及中间变压设备等进行良好的补偿，所以就要对其性能以及特征进行充分的考虑。根据国际电工IEC对于标准的明示，CVT在测量绕组的过程中需要保证在98%～100%之间的既定频率左右，要符合相关的标准的明确内容；在保证精度方面，保护绕组要控制在95%～101%的范围内。CVT在自动装置基波信号、基波电压以及系统保护相互转变的基础上，可达到系统要求。但是，测电压频率发生变化，且谐波存在，这时的LC串联谐振回路就会偏离，导致出现测量的较大误差。

2 电网运行中谐波产生的原因

电力系统处于运行状态，如果有非线性负载存在，就会导致谐波产生。主要的产生原因包括三个方面的内容，即发电的原因、用电的原因以及输配电系统运行中而产生谐波。

（1）由于发电的原因而引发的谐波。发电站的发电机处于运转状态的时候，由于三相绕组不是完全对称的，所以，发电机的发电质量会存在问题。基于此而是发电机在发电的过程中会产生谐波。

（2）由于用电的原因而引发的谐波。在电气设备中普遍安装有晶闸管。当电气设备处于运行状态的时候，就会产生谐波，特别是当整流设备选用晶闸管材质，就更容易产生谐波。在日常的用电设备中，产生谐波的有很多，包括电源的开关、机电保护器以及电动车等等，都会在使用的过程中产生谐波，对电网的运行造成了不良影响。

（3）输配电系统运行的过程中所产生的谐波。输配电系统运行的过程中，系统中所安装的变压器的铁心饱和状态，很容易产生谐波。主要的原因在于，当铁心被磁化之后就会形成非线性磁化曲线。当变压器处于运行状态的时候，磁化曲线的饱和段上的磁密就会对变压器产生影响，主要表现为磁化电流的波形会呈现出尖项，此时，在其中就会有奇次谐波产生。当变压器的铁心处于高饱和状态的时候，线性距离工作的点位就会更远，就必然会产生大量的谐波。当感性负载连接到电路装置上面的时候就必然会产生奇次谐波，而且奇次谐波在基波中所占据的比例是非常大的。当容性负荷连接到电路装置当中时，就会随着电容值频率的增加而产生奇次谐波。产生谐波量最大的是整流装置，其所产生的谐波量之大，在基波中所占有的比例能够达到40%。

3 谐波对电能计量系统所造成的影响

（1）谐波对电能计量系统的干扰而导致计量误差存在。理论而言，电能的全能量包括基波电能和谐波电能。电力系统运行过程中，会产生谐波而导致计量不准确。主要在于线性状态下的电能负荷，供应状态却是非正弦的。在谐波的影响下，电气设备会不同程度地干扰到电能表的运行而造成电能计量系统运行中所获得的计量数据不够准确，对用户收取电费也存在不合理性。处于线性负荷状态下的电能负荷是非常理想的，但是，如果此时有谐波产生，就会对电网的正常运行造成影响。此时，在电力系统中机会流入电流。电能表的电能计量是基波电能建区倒流入电力系统的谐波电能而获得的数值。非线性负荷不仅会使得电网遭到谐波污染，电能计量系统的电能计量数据也会存在误差，并因此而给电力企业造成经济损失。电能负荷为非线性状态，如有电源畸变现象存在，当电网处于运行状态的时候，电能负荷就会将基波电能和谐波电能吸收，过程中，电网中会流入谐波而对电网正常运行造成干扰。

（2）谐波对电能计量系统的干扰而导致计量装置运行不稳定。电能计量中所使用的电能表分为两种，即电子式的和感应式。

测量电能的过程中，电子式电能表会受到不同的信号波的影响而产生不同的计量数值。电流信号会受到正函数的正交性影响而使得功率电压产生畸变，电能计量装置计量工作中就会有误差产生。如果此时计量误差比较小，并不会对计量数值产生影响，因此可以忽略不计。如果电网运行中，电流和电压经过互感器之后，就会使其成为弱信号，流入电能计量装置之后，在互感器的非线性特性下就会导致信号以非正常状态存在，电能表的计量数值也因此而使得计量数值不准确。感应式电能表处于运行状态的时候，当电能计量装置所显示的数据有畸变的波形产生时，就要观察电能表频率响应曲线，对电能表计量中所存在的问题具有针对性地进行谐波分析。如果电流和电压的波形都已经与正弦波状态相背离，就会导致谐波影响下的电能表计量电能存在误差。

（3）谐波条件下测量无级变速箱基波电压而产生计量误差。在设置仿真参数的时候，电压源的相位设置为“0”，所获得的仿真结果中，幅值和相角的误差都会存在一定的差异性。

在测量无级变速箱基波电压的时候，可以获得准确度较高的数值。但是，如果测量谐波电压的幅度值不够准确，且此时所产生的误差值为95%，无级变速箱就会存在相位偏差。这就意味着谐波条件下不可以对无级变速箱进行测量。

4 对谐波采取有效治理措施以确保计量准确

（1）做好谐波管理工作。电力企业不仅要保证电能计量系统运行稳定，还要认识到治理谐波的重要性。面对电网运行中所产生的谐波污染，只有相关工作人员提高治理谐波的意识，才能够有效地避免谐波存在，保证了电能质量。当电网运行时，主要管理部门工作人员在充分认识到谐波的危害的同时，还要研究谐波源是符合产生的，如何准确地判断谐波源，以具有针对性地采取谐波治理措施，并且将谐波污染控制在规定范围内。在谐波相对集中的位置作为观察点，对谐波数据进行收集，评估电器设备的使用情况，以及时地采取治理措施，避免出现谐波污染超过规定标准的现象。

（2）对谐波采取必要的治理措施。电能计量系统的电能计量很容易在谐波的干扰下而影响到计量准确性。如果电能经常会被谐波所干扰，可以将原有的电能表替换为数字电能表，不仅可以提高电能计量的准确性，还要对谐波数据进行收集、分析，还有必要安装滤波装置。当谐波含量降低了，就必然会减轻对电气设备干扰，电能计量系统的运行趋于正常，就必然会提高计量准确性。