谐波背景下电能计量系统的计量误差分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 谐波背景下电能计量系统的计量误 差分析 摘要：作为电力系统运营管理中 的一个重要组成部分，电能计量工作关 系着电费的收取，影响着电力资源的使 用，其准确性直接影响着电力企业和电 力用户的切身利益，必须得到足够的重 视。本文结合谐波产生的原因，就谐波 背景下电能计量系统计量误差进行了分 析和研究，并就电能计量模式的合理性 提出了几点建议。 中国论文网 /8/view-13001359.htm 关键词：谐波；电能计量系统； 计量误差 前言： 工业化进程的加快不仅带动了社 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 会经济的高速发展，也使得社会对于电 能的需求不断增大，电力行业迅速成为 国民经济发展中的支柱产业。对于电力 企业而言，做好电能计量工作非常重要， 而谐波的存在会对电能计量工作的准确 性造成一定影响，需要电力企业重视起 来，做好计量误差的分析和应对。 1 谐波产生的原因 在电力系统中，谐波产生的原因 是多方面的，一是电源端谐波，在当前 的技术条件下，想要实现发电机三相绕 组的绝对对称极其困难，铁芯的绝对均 匀也是一种奢望，加上其他因素的影响， 电源端会产生部分谐波；二是输配电过 程谐波，这也是电网谐波的主要来源， 分析原因，主要是在对变压器等设备进 行设计的过程中，不仅需要考虑合理性 和实用性，还需要关注成本，在这种情 况下，如果铁芯磁化曲线处于非线性饱 和态，则在运行过程中产生的磁化电流 会引发奇次谐波，谐波比例可能超过变 压器额定电流的 0.5%；三是电力设备 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 谐波，例如，整流晶闸管在开关电源、 充电装置和机电控制等方面有着广泛的 应用，而其在运行过程中会产生大量谐 波，相关统计数据显示，整流设备引发 的谐波占据了电网谐波总量的 40%左右； 变频设备的控制非常方便，可以有效减 少能源的浪费，但是其本身相位控制的 形式导致谐波成分较为复杂，对于电网 的影响同样不容忽视；冰箱、洗衣机等 家用电器中含有绕组，受不平衡电流变 化的影响，同样会导致电源波形的改变， 引发谐波问题1。 2 谐波背景下的电能计量系统计 量误差 谐波对于电能计量系统的影响主 要体现在电能表计量误差方面，考虑在 智能电网飞速发展带动下，传统机械式 电能表和电磁感应电能表逐渐被电子式 智能电表淘汰，这里仅针对电子式电能 表进行分析和讨论。 2.1 电能表误差 2.1.1 模拟乘法器电能表 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 这种电能表包括了输入部分、输 出部分、乘法器以及电压/频率转换器等， 在运行过程中，转换器会将输入的电压 电流信号转换为能够被乘法器接收的信 号，乘法器结合信号得到平均功率，然 后将之转化为频率脉冲信号，通过对信 号的计数实现电能计量。模拟乘法器是 电能表误差的主要来源，如果输入的乘 法器中的信号含有高次谐波，则依照其 计量原理分析，输入信号不再是简单的 直流信号，在同等时间间隔下，输入高 次谐波的变化较基波更大，如在这种情 况下，电能表计量结果会出现原理性误 差（见图 1） 。 2.1.2 数字式电能表 数字式电能表的计量误差多数情 况下来源于数字乘法器，包括了采样保 持部分和 A/D 转换部分，这里假定输入 量为 h 次同频率谐波，则存在 公式中，b 表示 A/D 转换器位数， Ns 表示一个周期的采样点数。结合公 式分析，A/D 转换器的位数越高，则量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 化误差越小，相对误差也越小。 2.2 计量系统误差 一般情况下，电能计量系统包括 了电能表、计量二次回路、CVT 和 TA 等，对于高压线路的电压和电流，需要 首先经过互感器转换，然后才会输入到 电能表中，计算相应的功率值。事实上， 在电能计量系统中，每一个组成部分都 可能会产生误差，其误差构成如图 2 所 示。 这里的误差包括了相位误差和幅 值误差，如果处于单次谐波条件下，电 能表本身并不会出现相位偏移问题，但 是 CVT 和 TA 会导致电压与电流的相 位偏移，从而导致计量误差的增大。而 在多次谐波条件下，电能计量系统的计 量误差会变得更加驮印 在基波与谐波背景下，开展电能 计量系统的计量误差分析，如果能够切 实保证电能表与 TA 的计量精度，则 CVT 谐波计量误差会直接决定谐波计量 误差，而在谐波背景下，由于无法实现 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 CVT 的准确测量，可以通过提升电压互 感器计量精度的方式来保证计量结果准 确可靠2。 3 电能计量模式合理性研究 针对谐波背景下的电能计量误差 问题，当前我国已经形成了相关规范， 不过在规范中虽然提到了谐波对于电能 计量准确性的影响，却并没有将谐波电 能的计量纳入其中。从目前来看，常见 的电能计量模式有三种：一是基波计量 模式，配合基波电能表，仅对用户消耗 的基波功率进行计量，因此不会受到 CVT 对谐波测量误差的影响；二是全波 计量模式，配合频率响应较宽的电子式 电能表实现对于基波和谐波的同时计量， 因此在理论上，会将用户小号的基波功 率以及发出或者吸收的谐波功率全部计 算到电费中，这也是我国当前采用的电 能计量模式；三是单独计量模式，即采 用基波表计量用户的基波功率，采用谐 波表计量用户的谐波功率，在这种情况 下，要求电能表必须能够对谐波功率进 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 行准确计量。 这三种计量模式并不存在绝对的 合理性或者准确性，主要是面对的负荷 类型不同，产生的效果也存在较大差异。 不过伴随着技术的发展，电能表已经能 够实现对基波功率和谐波功率的精确计 量，而对于电能计量系统而言，对于谐 波的计量精度相对较大，导致这种情况 的主要原因是互感器本身的计量精度有 待提高。因此，想要保证电能计量模式 的合理性，需要提升电能计量系统的精 确性，准确判断谐波来源，对用户类型、 基波电能以及谐波电能等进行合理区分 3。 4 结语 总而言之，谐波的存在不仅会