电力谐波对电能表电能计量的影响分析

2022-12-08王雷

现代工业经济和信息化 2022年10期

王雷

（江苏徐州新沂市供电公司，江苏仪征 211400）

引言

电能是通过利用自然资源通过转换的方式转化而来，并且在实际的使用过程中电能输送方便、转换便捷、易于控制被广泛的在社会各界中得到广泛的使用。电能已经成为了现代社会活动不可或缺的重要资源，在我国的工业、农业以及交通运输中广泛应用，占据着我国国民经济的重要位置。电能计量是电力企业从发电、输电、配电等整个电力系统的重要环节，其起到重要的支撑作用。供电企业在向用电用户提供电力的同时，以电能计量装置的计量数据作为基础向用电用户收取相应的费用，电能计量装置就是其重要的计算依据，直接关系着电力的运行安全和经济效益，因此供电企业十分注重电能计量装置的准确性。为了保证电力的高质量供给，供电企业采用大量的电力电子产品在电网系统中，电力电子产品的使用对电能计量装置会产生影响，其会产生谐波，谐波的存在会对电能计量装置的准确性产生影响，因此降低谐波对电能计量装置的影响是十分必要的[1-2]。

1 电能计量装置概述

电能计量装置是供电企业进行电力统计的重要设备，通过电能计量装置对用电用户电力使用情况、电力输出端的送电情况等进行统计分析，能够有效对电网系统的电力情况进行统计分析，以供供电企业进行电力分析。随着电力系统的发展，电能计量装置目前使用较多的两种装置是：感应式电能表和电子式电能表。

1.1 感应式电能表

感应式电能表凭借着其结构简单、经久耐用、维修方便等优点，在电能计量装置中被广大用电用户所接受[3]。感应式电能表是按照工频正弦波进行设计的，只要保证感应式电能表在工频范围能，就能够有着较好的运行准确性。感应式电能表是由驱动、转动、制动、驱动器以及其他零部件组成的，共同发挥作用能够实现电能的计量。感应式电能表在实际应用的过程中是利用点系统中的电压和电流产生的磁场力共同作用，使得感应式电能表内部的圆盘进行转动，圆盘转动的过程中会同时带动着连接的技术机构进行计数，从而实现了电能的计量。感应式电能表的圆盘转动速度表示着用电的负荷大小，负荷越大，转动速度越快。感应式电器表的结构图如图1所示。

图1 感应式电能表结构示意图

1.2 电子式电能表

电子式电能表是由电压、电流变换器、乘法器、电压/频率变换器以及分频计数电路等组成的，其工作原理图如图2所示。在实际的工作过程中通过变换器将电压和电流信号传送到乘法器，乘法器利用其内部预置算法，将电流和电压相乘后，输出与平均功率相对应的直流电压，再通过将直流电压输送到V/F转换器，最后将电网系统的参数进行显示[4]。

图2 电子式电能表工作原理图

2 电子谐波概述

在电器领域的电子谐波定义是指一个周期电气量的正弦波分量，谐波的频率是基波频率的整数倍，同时其经常被称之为高次谐波。据此其主要是三点定义的：其次数是正整数；其次数是频率与基波的比值；谐波的的波形是周期性的波形。在电力系统比较稳定时，电子谐波的基本波形是标准的正弦波形，线路中线性无源元件的电压和电流之间是成比例关系的。并且当进行微、积分运算时，正弦波形仍是符合相关特点的。但是随着电网系统内部的电力设备的增加，并且其中有着大量的非线性电力设备，导致了在电网系统中流过非线性电力设备后其电流和电压之间的比例发生劈坏，这就是波形畸变，波形畸变现场出现后就会产生电子谐波。因此在实际的电网系统运行中非线性电气设备是电网系统中产生谐波的重要来源，为了保证电子谐波在一定的范围内，我国采取了限制谐波源进入到电网系统的谐波电流量，基于电磁相容性的原则，制定了相关标准或者规定。

3 电子谐波对电能计量的影响

随着科学技术的不断发展，现阶段中在电网系统中使用到的非线性设备越来越多。在以前的电网系统中也存在着谐波，是由于以前非线性设备的使用较少，因此其对电网系统的影响不是很明显。但是随着近年来非线性设备的使用的逐渐增多，电子谐波对电网系统的影响越来越明显。电子谐波对电网系统的影响主要是在：对电力设备的寿命有所影响，并且增加了电力系统的运行成本，高次谐波的存在是的电力设备中的损耗增加，并且损耗产生的热能和机械能都作用在电力设备上，对电力设备有着巨大的影响；尤其是对变压器，高次谐波容易造成在变压器中形成环流，增加了绕组的损耗，严重时甚至会导致变压器不能够工作；谐波增加了输电线路的损耗，谐波在输电线路上传输，增加了输电线路的阻抗，从而增加了输电线路的损耗；容易引起电力设备产生谐振现象，影响电力设备的使用效果；影响电能计量装置的精确度，造成电能计量的不准确性。

电子谐波尤其是对电能计量会产生误差，当非线性元件在电网系统中时，由于谐波功率是指谐波电流在电网中的传播而形成的，并且谐波电流进入到电网系统中，会产生损耗，没经过一道电力设备就会产生不同的谐波损耗，在不同的用电用户进行使用时。其电能表的计量的有功功率就会有所不同，并且当谐波在用电用户流向电网时，就会导致非线性电力用户的总电量随着谐波的存在而减少。线性用户除受到谐波的干扰外，还可能出现其电能计量随着谐波的存在而增大的现象。

4 降低电力谐波对电能表电能计量影响的措施

通过上文中对电能表和谐波的认知，并且研究了谐波对电能计量的影响，通过分析能够发现当采用基波电能计量法时，用电用户的电能计量终端的准确性会明显提升。并且采用基波电能计量方式能够对电流用电用户或者是电子式电能表的电流和电压会产生大量滤波，这部分中的有功功率时基波电流的有功功率，能够提升电能计量的准确性。另外就是还可以采用全能量的电能计量方式，由于电能表是通过计量其有功功率来进行统计的，全能量的计量方式，配合电子式电能表，就能过实现降低电子式电能表电能计量误差的现象。最后就是在电能表的选择时，供电企业要充分考虑电网系统的计量点，当发现其超过我国对谐波的相关规定时就需要采用准确等级较高的电磁感应式电能表或者是多功能电能表，可以实现精确计量谐波分量。当有大功率变流设备向电网系统中传输电子谐波时，就需要对有功功率进行详细准确的记录，保证电能计量的准确性。